CC BY
105
drobaena veneta) and compost / Z. A. Hickman, B. J. Reid // Soil Biology & Biochemistry. - 2008. - № 40. - P. 2970-2976.
11. Schaefer, M. The inbiuence of earthworms and organic additives on the biodegradation of oil contaminated soil / M. Schaefer, J. Filser // Applied Soil Ecology. - 2007. - № 36. -P. 53-62.
ЧАЧИНА Светлана Борисовна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Химическая технология и биотехнология» Омского государственного технического университета (ОмГТУ), старший преподаватель кафедры биологии Омской государственной медицинской академии.
МАКАРОВ Юрий Александрович, студент группы ХТБ-420 ОмГТУ.
ГОЛОВАНОВА Елена Васильевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела организации и планирования научно-исследовательских работ, доцент кафедры биологии Омского государственного педагогического университета, начальник камеральной группы отдела экологических изысканий Проектного института реконструкции и строительства нефте- и газопроводов. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 17.03.2014 г. © С. Б. Чачина, Ю. А. Макаров, Е. В. Голованова
УДК 595.142.39 к. В. ИВАНОВА
Омский государственный педагогический университет
ИНТРОДУКЦИЯ EISENIA FETIDA НА ФОНЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЫ ПШЕНИЧНОГО ПОЛЯ
В результате проведенных экспериментов были выявлены положительные изменения в структуре и составе почвы неустойчивого агроценоза как следствие жизнедеятельности Eisenia fétida. Показаны различия в свойствах почв до и после исследования, количественные и качественные изменения в популяциях E. f. в динамике проведения опытов. Данные представители люмбрицидов рассматриваются в качестве эффективных живых организмов для проведения мер в рамках биологической мелиорации почв.
Ключевые слова: биологическая мелиорация, биологическое загрязнение почвы, агроценоз, Eisenia fetida, люмбрициды, химический и физический составы почвы.
Систематическое проведение агротехнических мероприятий в неустойчивых агроценозах неизбежно ведет не только к деградации почвенного слоя, но и к нарушению биологических процессов, обеспечивающих обмен органическими соединениями и микроэлементами между почвой и растениями. В Омской области особую тревогу вызывает ежегодная деградация пахотных земель с уменьшением содержания элементов питания. Площадь почв с более низким содержанием гумуса, фосфора, калия ежегодно увеличивается на 100 — 150 тыс. га [1, с. 108].
Одной из актуальных проблем в Омской области является биозагрязнение земель. В процессе производственной деятельности хозяйствующих субъектов на территории Омской области ежегодно образуется около 18 тыс. тонн биологических отходов, из которых перерабатывается только 12,5 тыс. тонн [1, с. 113—114] Качество возделываемых почв напрямую зависит от мер, принимаемых для улучшения их структуры и физико-химических свойств через восстановление биологического круговорота органического вещества и газообмена.
Разработка мероприятий по восстановлению эксплуатируемых почв невозможна без понимания сте-
пени влияния на них животных организмов — представителей мезофауны, в частности дождевых червей. Определяющая роль люмбрицидов в процессах улучшения качества почвы обусловлена доминирующим участием в структурообразовании, увеличении скважности и аэрации, накоплении в почве легкорастворимых соединений, которые содержат элементы минерального питания в доступной для растений форме.
Факторы прогрессивного влияния жизнедеятельности дождевых червей на процессы преобразования и поддержания экологического равновесия почв, не подвергающихся антропогенному воздействию, успешно используются в вермикультивировании и получении биогумуса. Несмотря на то что поиск решения данных проблем идет достаточно давно и этому посвящено большое количество публикаций [2 — 7], вопросы возможности использования дождевых червей в качестве предмета биологической мелиорации различных типов обрабатываемых почв и вопросы переработки отходов птицеводства и животноводства с помощью люмбрицидов требуют дополнительного исследования в конкретных условиях. В аспекте решения данных проблем биологическую
мелиорацию почв следует рассматривать как категорию биодинамического земледелия.
Цель исследований — изучить влияние жизнедеятельности люмбрицидов на качество почвы пшеничного поля в условиях биологического загрязнения куриным пометом и березовым опилом.
Задачи исследования: изучение процента выживаемости разных возрастных групп (половозрелых и неполовозрелых) навозных червей в почве, находящейся под прессом биологического загрязнения; проведение мониторинга развития популяций; установление причинно-следственной связи между темпами развития популяций и физико-химическими характеристиками почв с учетом влияния биологического загрязнения; проанализировать изменения качества почвы как результат жизнедеятельности навозных червей.
Материал и методы исследования. Возможность использования люмбрицидов в биологической мелиорации сельскохозяйственных земель через утилизацию биологических отходов изучена на образце почвы пшеничного поля, отобранной в Азовском районе Омской области. Данная территория входит в почвенно-географическую зону Казахстанскую провинцию обыкновенных и южных черноземов, лугово-черноземных почв и различных комплексов солонцов [8]. Материал для выявления в мезофауне агроценоза наличия кольчатых червей отбирался стандартным способом — методом почвенных раскопок по М. С. Гилярову (1975) [9]. Данным методом было обработано 20 проб почвы с учетом горизонтов, ни в одной из которых представителей типа кольчатые черви обнаружено не было. То есть взятая нами почва является стерильной по отношению к ней класса Oligochaeta.
Определение базовых физико-химических почвенных характеристик проводили стандартными методами. С целью изучения гранулометрического состава образцов почвы и выявления процента полезной фракции использовали метод просеивания через специальный набор сит. Расчет процентного содержания фракции производили от общей массы пробы [10, с 14]. Установили водопроницаемость — способность почвы пропускать сквозь себя воду — как время прохождения 100 мл воды через двадцатисантиметровый слой почвы в стеклянной трубке диаметром 4 см [10, с. 23 — 24]. Наличие в почве глины и песка определяли через выявление гранулометрического (механического) состава методом «шнура» [10, с. 9—10]. Процентный показатель гумуса в почве устанавливали методом И. В. Тюрина в модификации В. Н. Симакова с дополнениями Б. А. Никитина [10, с. 26-27].
Агрохимические характеристики и показатели катионно-анионного состава водной вытяжки почв выявляли методиками измерений по ГОСТ. Калий, подвижные соединения (по К2О) в солевой вытяжке, фосфор, подвижные соединения (по Р2О5) в солевой вытяжке, по ГОСТ 26204-91; органическое вещество по ГОСТ 26213-91; кальций, магний в водной вытяжке по ГОСТ 26428-85, п.1; натрий в водной вытяжке по ГОСТ 26427-85; сульфат-ион в водной вытяжке по ГОСТ 26426-85, п.2; хлорид-ион в водной вытяжке по ГОСТ 26425-85,п.1; водородный показатель солевой вытяжки по ГОСТ 26483-85.
Предмет исследования — представитель семейства Настоящие дождевые черви (Lumbricidae) — червь навозный (Eisenia fétida, Savigny, 1926), разновозрастные особи вида. Исследуемые особи были культивированы на субстрате «Благодатная почва»,
разработанном в Омском государственном агроуни-верситете на основе торфа. Половозрелость определялась по наличию пояска у экземпляра.
Контейнеры из термопласта объемом два литра наполнялись почвой, сверху равномерно распределялось около 70 г куриного помета и укладывался слой березового опила массой около 30 г. Черви: половозрелые, неполовозрелые помещались по 30 особей в каждую из трех повторностей варианта. Отслеживали состояние влажности почвы, поддерживали ее в оптимальном режиме. Для дальнейшего подсчета численности люмбрицидов, динамики развития, изменения возрастного состава популяций содержимое контейнеров перебирали каждые 14 дней. Наблюдение проводили в течение шести месяцев — времени, которое приблизительно соответствует периоду не промерзания почвы в лесостепной зоне Омской области, следовательно, и периоду активности Б.1.
Результаты и их обсуждение. На основе суммарных данных, полученных в результате проведения эксперимента, построены графики изменения численности и возрастного состава популяций в двух вариантах опыта (рис. 1, 2).
По истечении двух недель эксперимента зафиксировано количество погибших половозрелых особей — 5 экземпляров, что составило 16,6 % от общего числа заселенных червей. На протяжении остального времени число выживших половозрелых особей оставалось относительно стабильным, и уменьшилось еще через 6 недель на один экземпляр.
Согласно графику (рис. 2) зарегистрирована еще большая по численности и продолжительности во времени смертность ювенильных представителей Е. 1. В первые две недели наблюдения констатирована гибель шести особей (20 %), далее во вторые две недели количество заселенных червей снизилось еще на пять особей (28 %). За первый месяц опыта до установления постоянной численности Е. 1 потери в этом варианте составили около трети от начального количества.
Таким образом, в опыте с почвой пшеничного поля можно выделить период адаптации популяций Е. 1. к новым условиям среды, в результате которого из 30 половозрелых экземпляров после двух недель колонизации почвы выжило 25 особей (83,3 %), из 30 неполовозрелых экземпляров после месяца колонизации осталось 19 особой (63,3 %).
Появление коконов отмечено через месяц после закладки опыта с половозрелыми особями. Число коконов в течение месяца остается постоянным, дальнейшее их увеличение незначительно и достигает максимума — 17 единиц — на 10—12 неделе опыта, и в дальнейшем постепенно снижается. Появление первой неполовозрелой особи отмечается через две недели после регистрации наличия в почве коконов. Это количество остается неизменным весь последующий месяц наблюдений, затем происходит постепенное увеличение численности до 39 особей к окончанию эксперимента, что в 1,6 раза больше числа половозрелых выживших экземпляров.
В варианте опыта с неполовозрелыми представителями Е. 1. возрастная однородность населения отмечается в течение двух месяцев, затем на протяжении еще двух месяцев происходит постепенный переход из одного возрастного состава в другой, который заканчивается формированием популяции из 19 взрослых особей.
Так как в эксперименте для представителей Е. 1. почва агроценоза является измененным условием
Рис. 1. Изменение численности и возрастного состава популяции Eisenia fétida в вариантах опыта с половозрелыми особями
Рис. 2. Изменение численности и возрастного состава популяции Eisenia fétida в вариантах опыта с неполовозрелыми особями
среды, то возникновение адаптационного периода у червей, длительный период возрастной однородности популяций, невысокий коэффициент воспроизведения, вероятнее всего, связаны с этим фактором.
Для подтверждения этого предположения определили физико-химические характеристики отобранной почвы пшеничного поля. Гранулометрический состав взятой почвы: >10мм — 34 %, 7 — 5мм — 4 %, 5-3 мм — 4 %, 3-0,5 мм — 6 %, <0,5 — 52 %. Водопроницаемость образца составила 32 минуты. Водородный показатель водной вытяжки (рН) = 6,2. Сопоставление результатов анализа структуры, водопроницаемости образца почвы позволяет сделать вывод, что почва пшеничного поля в большей степени деструктурирована, имеет ярко выраженный непропорциональный состав: с одной стороны, глыбистый характер, с другой — распыленность. Почва содержит 4,53 % гумуса. Установили, что для исследования отобран образец деструктурированного механическим воздействием чернозема малогумусового суглинистого нейтрального.
Водопроницаемость образца почвы после колонизации Е. Г уменьшилась до 3 секунд. Водородный
показатель водной вытяжки (рН) остался почти на том же уровне — 6,7.
Из приведенных гранулометрических составов почвы пшеничного поля до и после эксперимента (табл. 1) видно, что во всех категориях произошли очевидные изменения. Уменьшилось количество двух фракций: структур <0,5 мм и структур >10 мм. % пылеватой фракции (<0,5 мм) уменьшился в 5,7 раза, и это наибольший показатель в изменениях гранулометрического состава почвы. Количество почвенных структур >10 мм снизилось в 1,6 раза. По трем остальным параметрам фракций произошли также положительные изменения, их количество увеличилось следующим образом: структуры 7-5 мм в 6,8 раза, структуры 5-3 мм в 5,7 раза, структуры 3-0,5 мм в 3,3 раза. Изменение гранулометрического состава почвы позитивно повлияло на время водопроницаемости, которое уменьшилось в 60 раз.
Сравнительный анализ агрохимических характеристик и катионно-анионного составов водной вытяжки до и после проведения эксперимента (табл. 2) дает представление об изменениях в химическом составе почвы. Количество органического вещества в почве после эксперимента увеличилось в 1,3 раза
Таблица 1
Сравнительные показатели гранулометрического состава почвы пшеничного поля до и после эксперимента
Размеры фракций (мм) % фракции от общей массы
образец почвы до эксперимента образец почвы после эксперимента
>10 34 21
7-5 4 27
5-3 4 23
3-0,5 6 20
<0,5 52 9
Агрохимические характеристики и катионно-анионный состав водной вытяжки почвы до и после эксперимента
Таблица 2
Определенная характеристика Показатели до эксперимента Показатели после эксперимента Единица измерения
Органическое вещество 5,1 6,6 % %
Калий, подвижные соединения (по КО) в солевой вытяжке 714 894,3 мг/кг
Фосфор, подвижные соединения (по РО) в солевой вытяжке 375 562,5 мг/кг
Кальций в водной вытяжке 12,3 8,1 ммоль-экв/100 г почвы
Магний в водной вытяжке 0,0 2,35 ммоль-экв/100 г почвы
Натрий в водной вытяжке 6,33 3,26 ммоль-экв/100 г почвы
Сульфат-ион в водной вытяжке 2,3 2,2 ммоль-экв/100 г почвы
Хлорид-ион в водной вытяжке 12,3 7,95 ммоль-экв/100 г почвы
с 5,1 до 6,6 %, источником такого изменения стали березовый опил и птичий помет, переработанные люмбрицидами. Из химических характеристик увеличились показатели соединений калия — на 25,2 %, фосфора — на 49,8 %, уменьшились — соединения кальция, натрия и хлора. Особо следует отметить, что почва поля до эксперимента была свободной от соединений магния. Показатели магния в водной вытяжке составляли 0 ммоль-экв/100 г почвы, однако по завершении опыта в почве был обнаружен магний в количестве 2,35 ммоль-экв/100 г, который наряду с калием, фосфором, кальцием является, безусловно, необходимым элементом для нормального роста и развития растений. Соединений кальция и хлора в почве после проведенного эксперимента зафиксировано меньше на 34 %, а натрия меньше примерно на 50 % от начального количества. Показатели карбонат-ион и сульфат-ион водной вытяжки остались на неизменном уровне.
Заключение. Анализ полученных результатов позволяет предположить возможность использования представителей вида Е. 1. в процессах биологической мелиорации почв.
Исходя из данных выживаемости и размножения люмбрицидов в почве пшеничного поля, можно утверждать, что последняя изначально явилась не совсем благоприятной средой обитания для навозных червей. Это можно объяснить нарушенной структурой почвы агроценоза, половина состава которой включала пылеватые частицы. Эти частицы, слипаясь при намокании, образуют однородную «грязевую» массу с низким уровнем аэрации и дренажа почвы.
Так как эти два свойства (воздухопроницаемость и водопроницаемость) взаимосвязаны, на недостаточность воздухопроницаемости указывает и установленное нами длительное время водопроницаемости отобранной почвы.
Таким образом, физические свойства почвы пшеничного поля выступили лимитирующими факторами для жизни 16,6 % половозрелых и 28 % неполовозрелых представителей Е. 1. и обусловили период приспособления к новым условиям среды для остальных особей.
Изменение физико-химических свойств почвы агроценоза после интродукции Е. 1 следует рассматривать как результат жизнедеятельности червей. Шестимесячная экспансия почвы люмбрицидами сформировала ее новый гранулометрический состав в пользу увеличения количества полезных фракций и уменьшения процента крупных и пылеватых частиц. При этом гранулометрический состав стал более ровный, для его моделирования при образовании копролитов червями был использован резерв из большого процентного содержания частиц <0,5 мм. На улучшение аэрации почвы указывает значительное уменьшение времени водопроницаемости.
Изменения в химическом составе почвы также можно объяснить активным присутствием дождевых червей. Положительным является тот факт, что в почве по истечении эксперимента обнаружен магний — один из основных элементов, необходимых для питания и развития растений. Уменьшение кальция, натрия и хлора, вероятнее всего, связано с физиологией пищеварения дождевых червей, а именно
с процессами нейтрализации гуминовых кислот, которыми богата пища люмбрицидов, секретами известковых и морреновых пищевых желез. Уменьшение этих элементов может быть следствием поддержания кислотно-щелочного баланса, нормализацией водного баланса Е. 1 [11].
Увеличение органического вещества можно рассматривать как потенциальный источник почвенного азота.
Анализируя данные, полученные в результате проведенного нами эксперимента, в контексте возможного использования Е. 1. в качестве объекта биологической мелиорации почв неустойчивых агроценозов следует учитывать, что опыт проходил в условиях постоянной температуры и влажности среды обитания дождевых червей. Эти абиотические факторы в полевых условиях являются неустойчивыми. Температура и влажность почвы изменяются в течение периода активности дождевых червей и зависят от температуры воздуха и количества выпадаемых осадков. Изменения абиотических факторов влияют на активность червей, их перемещение и локализацию в слоях почвы. Также следует принимать во внимание относительно высокую плотность населения люмбрицидов в эксперименте. Сформированные нами условия эксперимента обеспечили устойчивую положительную динамику развития показателей, которые позволяют оценивать результаты с точки зрения перспективности дальнейшей работы в этом направлении.
Библиографический список
1. О состоянии и об охране окружающей среды Омской области в 2010 году — Омск : Министерство природных ресурсов и экологии Омской области : Изд-во Манифест, 2011. — 200 с.
2. Овсяников, Ю. А. Теоретические основы эколого-био-сферного земледелия : моногр. / Ю. А. Овсяников. — Екатеринбург : Изд-во Уральского университета, 2000. — 248 с.
3. Атлавините, О. П. Экология дождевых червей и их влияние на плодородие почвы в Литовской ССР / О. П. Атлавините. — Вильнюс : Мокслас, 1975. — 202 с.
4. Васюков, Ю. В. Экологическое сельское хозяйство и его перспективы в России / Ю. В. Васюков, Е. К. Саранин // Аграрная наука. - 1995. - № 1. - С. 18-20.
5. Кант, Г. Биологическое растениеводство: возможности биологических агросистем / Г. Кант. - М. : Агропромиздат, 1988. - 207 с.
6. Кирдин, В. Ф. Биологизация земледелия в России /
B. Ф. Кирдин, Е. К. Саранин // Земледелие. - 1996. - № 6. -
C. 2-3.
7. Покровская, С. Ф. Переработка органических отходов с использованием дождевых червей / С. Ф. Покровская // Сельское хозяйство за рубежом. - 1984. - № 5. - С. 10-14.
8. Мищенко, Л. Н. Почвы Омской области и их сельскохозяйственное использование / Л. Н. Мищенко. - Омск, 1991. - 163 с.
9. Гиляров, М. С. Учет крупных почвенных беспозвоночных (мезофауны). Методы почвенных зоологических исследований / М. С. Гиляров. - М. : Наука, 1975. - 282 с.
10. Пирогова, Т. И. Практикум по почвоведению / Т. И. Пи-рогова. - Омск : Изд-во ОмГПУ, 2006. - 41 с.
11. Чекановская, О. В. Дождевые черви и почвообразование / О. В. Чекановская. - М. : Изд-во АН СССР, 1960. - 203 с.
ИВАНОВА Кириана Витальевна, аспирантка кафедры биологии, специалист по учебно-методической работе учебно-методического отдела. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 17.01.2014 г. © К. В. Иванова
УДК 502.4:581:574.583(571.13) И. Ю. ИГОШКИНА
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
ВИДОВОЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ФИТОПЛАНКТОНА ВОДОЕМА ПРИРОДНОГО ПАРКА ПТИЧЬЯ ГАВАНЬ (г. ОМСК)_
Рассмотрен видовой состав и особенности таксономической структуры фитопланктона водоема природного парка Птичья гавань (г. Омск). Установлен диатомово-хлоро-фитовый характер фитопланктона со значительным участием эвгленовых водорослей. Определены доминирующие и новые для Омского Прииртышья виды водорослей и цианобактерий.
Ключевые слова: фитопланктон, видовой состав, таксономическая структура, природный парк Птичья гавань, Омск.
Природный парк Птичья гавань расположен на территории города Омска и является не только одним из популярных мест отдыха горожан, но и настоящей лабораторией биологических и экологических исследований. Основой парка является его водоем, площадь которого в зависимости от сезона года,
наполненности водой, количества осадков и степени разрастания водной и околоводной растительности составляет 0,32-0,36 км2.
В настоящее время парк переживает своё второе рождение. Полностью завершены работы по реконструкции водоема, призванные предотвратить его
