Пространственная дифференциация микробиологических показателей и процессов корневого поглощения на агрегатном уровне почв тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.13, кандидат биологических наук Мустафа Исмаил Умер

• Мустафа Исмаил Умер
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Мустафа Исмаил Умер

Введение

Оглавление

ГЛАВА 1 Обзор литературы.

1.1. Структура почвы.

1.1.1 Понятие о структуре и агрегатном составе почв.

1.1.2 Эволюция теории структурообразования.4.

1.2. Структура почвенных агрегатов.

1.2.1 Факторы образования агрегатов.

1.2.2 Роль микроорганизмов в оструктуривании почвы.

1.3. Физико-химические свойства агрегатов.

1.3.1 Распределение воды и водопрочность агрегатов.

1.3.2 Распределение газов.

1.3.3 Распределение радионуклидов.

1.3.4 Окислительно-восстановительный потенциал.

1.4. Распределение микроорганизмов в почвенных агрегатах.

1.4.1 Специфика почвы как среды обитания микроорганизмов.

1.4.2Природа явления адгезии (адсорбции) микроорганизмов.

1.4.3Модели распределения микроорганизмов в почвенных агрегатах.

1.5. Влияние микробиологического разнообразия почв на устойчивость экосистем.

ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований.

2.1 Объекты исследований.

2.2 Методы исследований.

2.2.1 Методы химического анализа почвы, агрегатной устойчивости и радиометрических измерений.*.

2.2.2Микробиологический анализ почвы посевом на питательные ||

2.2.3 Определение биологической активности почвы методом газовой хроматографии.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ГЛАВА 3 Результаты химических, агрегатных и микробиологических исследований.

3.1. Химические свойства почв на поверхности и внутри агрегатов.

3.2. Характеристика агрегатной устойчивости исследуемых почв.

3.3. Микробиологическая активность на поверхности и внутри агрегатов.

3.4. Биоразнообразие микроорганизмов на поверхности и внутри почвенных агрегатов.

3.4.1. Изучение численности микроорганизмов.

3.4.2. Структура микробного сообщества.

3.4.3. Изучение качественного состава микробного сообщества.

3.5. Экологическая оценка степени устойчивости микробного сообщества внутри и на поверхности почвенных агрегатов.

ГЛАВА 4 Методические подходы к дифференцированной оценке корневого поглощения веществ, локализованных на поверхности почвенных агрегатов и во внутрипедном пространстве.

4.1 Методика получения и характеристика почвенных агрегатов с различной локализацией 908г в объёме агрегата.

4.1.1. Получение агрегатов с тотальным равномерным распределением 908г в объёме агрегата.

4.1.2. Получение агрегатов с поверхностным распределением 908Г.:.

4.1.3. Получение агрегатов с локализацией 908г во внутрипедном пространстве.

4.2 Методика радиометрических измерений.

4.3 Методика вегетационных опытов.

ГЛАВА 5 Дифференцированная оценка поглощения 908г с поверхности агрегатов и из внутреннего пространства почв.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственная дифференциация микробиологических показателей и процессов корневого поглощения на агрегатном уровне почв»

Актуальность. Почва - уникальное по гетерогенности природное образование. Эта гетерогенность проявляется на различных уровнях структурной организации почв - от элементного и вещественного до почвенно-профильного и территориального, она распространяется как на биотическую, так и косную часть почвы.

Подавляющая часть почвенных исследований традиционно связана с гетерогенностью почв на профильном уровне.

Существенно менее изучены вопросы дифференциации почв на других уровнях структурной организации, в частности, на агрегатном. В данной области основное внимание уделялось исследованию агрегатного и микроагрегатного составов почв, а также устойчивости почвенных агрегатов к воздействию факторов, приводящих к их разрушению. Исследования в данном направлении имеют исключительно важное значение для понимания и практического использования механизмов, определяющих формирование благоприятных для растений физических условий корнеобитаемого слоя почвы и её устойчивости.

Однако гетерогенность почв на агрегатном уровне проявляется еще и в различиях состава, свойств и процессов на поверхности и внутри почвенных агрегатов. На это обстоятельство обратил внимание еще В.Р. Вильяме (1939), указывая на неизбежные различия окислительно-восстановительных условий в различных частях агрегата, что, в свою очередь, приводит к различиям в составе и численности микрофлоры, условий разложения органического вещества, формирования режимов и запасов элементов питания для растений, и другим свойствам и процессам. В последующем изучении отдельных сторон этой проблемы получило определенное развитие [H.A. Качинский (1958), H.A. Красильников (1958), Е.В. Шеин (2005), Horn R. (1987), Kayser А.Т. at al. (1994)].

Особая роль почвенных агрегатов проявляется в условиях аэральных загрязнений почв, поскольку первичное взаимодействие и закрепление токсичных веществ происходит на поверхности агрегатов, что существенно влияет на их поведение в экосистемах и загрязнение биопродукции (А.Д. Фокин и др., 2003).

Однако нельзя не признать, что исследования в данном направлении нашли отрывочный, несистемный характер.

Итак, актуальность работы обусловлена недостаточной изученностью роли поверхности почвенных агрегатов и внутрипедной массы почвы в формировании важнейших биологических свойств почвы, определяющих её биопродуктивность, условия трансформации органических остатков, поступление элементов минерального питания и загрязняющих веществ в растения.

Цель исследования - сопоставить численность, состав и активность микроорганизмов на поверхности и внутри почвенных агрегатов дерново-подзолистой и темно-серой лесной почв, а также оценить интенсивность поглощения корнями растений элементов, локализованных на поверхности и внутри почвенных агрегатов, на примере 908г.

Задачи:

1. Определить микробиологическую активность на поверхности и внутри почвенных агрегатов.

2. Изучить биоразнообразие поверхностной и внутрипедной массы почв.

3. Дать экологическую оценку степени устойчивости микробного сообщества на поверхности и внутри почвенных агрегатов.

4. Апробировать различные методы получения агрегатов с различным типом локализации меченых веществ (на поверхности агрегата, внутри агрегата и с равномерным распределением метки по всему объёму агрегата).

5. Провести вегетационные опыты с мечеными агрегатами для количественной оценки поглощения 908г, локализованного в различных частях агрегата.

Научная новизна. Впервые показана микробиологическая дифференциация дерново-подзолистой и темно-серой лесной почв Владимирской области на агрегатном уровне. Впервые для оценки микробиологической активности поверхностной и внутрипедной массы почвы использованной показатели субстрат-индуцированного и базального дыхания.

Впервые отработана методика получения агрегатов с поверхностной и внутрипедной дифференциацией веществ путём нанесения почвенной суспензии на поверхность агрегата.

Впервые показано, что в условиях вегетационного опыта интенсивность корневого поглощения 908г, локализованного на поверхности агрегата, в 2 - 3 раза превосходит поглощение радионуклида из внутрипедной массы.

Практическая значимость. Результаты работы дополняют современные представления о распределении микроорганизмов в почвенном агрегате. Полученные данные могут послужить основой для создания базы данных и разработки критериев экологической оценки микробиологических показателей состояния почв, которые будут полезны для целей диагностики при проведении мониторинга почвенных экосистем.

Показана неэффективность фиторемедиации почв, загрязнённых 908г, для очистки их от радионуклида. Разработана универсальная диаграмма, позволяющая оценить, при каких значениях коэффициентов накопления любых веществ и урожая надземной фитомассы фиторемедиация может быть эффективной.

Высокий уровень агрегированности почвенной массы и устойчивость агрегатов в условиях аэральных загрязнений благоприятствуют поступлению загрязняющих веществ в растения. Полное переагрегирование почвенной массы в 2 - 3 раза снижает поступление 908г в растительную биопродукцию.