Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 9
1.1 Роль микроорганизмов в экологических функциях почв 9
1.2 Структура и функционирование микробного сообщества почвы... 14
1.3 Мицелиальные микроорганизмы для биодиагностики почвы 22
1.4 Влияние техногенного воздействия на структуру и функционирование микробного сообщества почвы 27
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1 Почвенно-климатическая характеристика района исследования. 35
2.2 Отбор и анализ почвенных образцов 45
2.3 Определение эколого-трофической и таксономической структуры микробного сообщества почвы 47
2.4 Определение видовой структуры комплексов мицелиальных почвенных микроорганизмов 48
2.5 Определение фитотоксических свойств почвы 50
2.6 Статистическая обработка результатов 51
ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ПОЧВУ В РАЗНЫХ ТИПАХ ПРИДОРОЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ 52
3.1 Влияние антропогенного воздействия на почвы вблизи автотрасс 52
3.2 Изменение физико-химических свойств и загрязнение почвы в зоне влияния автотрассы "Дон" 62
3.3 Нарушение и загрязнение почвы в транспортных зонах г. Воронежа 70
ГЛАВА IV. СТРУКТУРА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПОЧВЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ АВТОТРАССЫ "ДОН" 82
4.1 Численность различных групп почвенных микроорганизмов 82
4.1.1 Сезонная динамика почвенной микрофлоры 83
4.1.2 Оценка чувствительности разных групп микроорганизмов...86
4.1.3 Влияние уровня автотранспортной нагрузки на микрофлору почвы 89
4.1.4 Влияние рельефа местности на численность почвенных микроорганизмов 92
4.2 Эколого-трофическая и таксономическая структура микробного сообщества почвы 95
4.3 Нарушение видовой структуры мицелиальных почвенных микроорганизмов 97
4.3.1 Реакция комплекса микроскопических грибов 98
4.3.2 Нарушения комплекса актиномицетов 110
4.4 Фитотоксические свойства почвы в зоне влияния автотрассы в
разных типах придорожных экосистем 114
ГЛАВА V. СТРУКТУРА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПОЧВЬТ В ТРАНСПОРТНЫХ ЗОНАХ ГОРОДА ВОРОНЕЖА 121
5.1 Биодинамика разных групп почвенной микрофлоры 122
5.2 Эколого-трофическая и таксономическая структура микробного сообщества урбаноземов транспортных зон 128
5.3 Реакция комплекса мицелиальных почвенных микроорганизмов на автотранспортную нагрузку в урбанэкосистемах 130
5.3.1 Видовая структура почвенных микромицетов 130
5.3.2 Секционная структура актиномицетов 140
5.4 Фитотоксические свойства почвы вблизи оживленных авто магистралей г. Воронежа 143
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 148
ВЫВОДЫ 157
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 159
ПРИЛОЖЕНИЕ 172
- Роль микроорганизмов в экологических функциях почв
- Почвенно-климатическая характеристика района исследования.
- Влияние антропогенного воздействия на почвы вблизи автотрасс
Роль микроорганизмов в экологических функциях почв
При рассмотрении экологических функций почв имеется в виду роль и значение почв и почвенных процессов в наземных экосистемах и биосфере, их сохранении, восстановлении и эволюции [148]. Анализ разнообразных эко-функций почв активно развивается в последние два десятилетия. В этот же период начинается формирование нового направления, связанного с изучением функций микробных сообществ в почвах.
Биогеоценологический подход пробудил интерес почвенных экологов к проблемам пространственно-функциональной организации микробных сообществ в разных экосистемах, к анализу гетеротрофной части микробного населения почв как функционального ядра, выполняющего важнейшую функцию - поддержание круговорота веществ и энергии в экосистеме [78].
Разнообразные экологические функции почвенных микроорганизмов входят в каждую из биогеоценотических функций почвы (рисунок 1) [32].
Функции, связанные с физическими свойствами почвы: температурой, теплопроводностью, плотностью, пространственной протяженностью.
Важнейшей в данной группе является функция почвы как жизненного пространства. Благодаря структурированности и микрозональности почва является набором различных микросред, в которых создаются разные и часто противоположные условия для развития отдельных групп микроорганизмов. Д.Г. Звягинцевым установлено, что микроорганизмы могут развиваться в почве в виде микроколоний, но отмечено и формирование очагов смешанных популяций, основанных на межмикробных трофических и метаболических взаимодействиях [79, 84,148].
Для одних групп микроорганизмов почва является жилищем (местообитанием), где они активно функционируют и размножаются. Это характерные обитатели почвенного яруса экосистем: из бактерий это - бациллы, стрепто-мицеты, артробактер, из дрожжей - липомицеты; грибы представлены комплексом разнообразных, типично почвенных видов, чаще всего это представители несовершенных грибов класса Deuteromycetes.
Для других групп микроорганизмов почва является временным убежищем, где они переживают неблагоприятные условия в анабиозе или близком к нему состоянии, в то время как истинными эконишами являются живые растения (их филлоплан и ризоплан) и их отмершие части, либо кишечник и экскременты почвенных беспозвоночных, и другие субстраты. Примерами таких микроорганизмов могут служить: все фитопатогенные бактерии и грибы; дрожжи-эпифиты растений, например пигментные виды родов Rhodotorula и Sporobolomyces и дрожжи-симбионты беспозвоночных животных; патогенные для человека и животных микроорганизмы.
В создании опорной функции почвы и ее структуры участвуют и микроорганизмы. Продукты жизнедеятельности микробов (внеклеточные полисахариды бактерий) служат цементирующим веществом, склеивающим почвенные частицы в структурные элементы (стабильные водопрочные агрегаты). Микроскопические грибы механически оплетают гифами почвенные частицы, скрепляя их. Образование гуминовых веществ также происходит при существенном участии грибов. Микробы выделяют поверхностно-активные вещества, которые могут быть причиной обесструктуривания почв [73].
Почвенно-климатическая характеристика района исследования
Воронежская область расположена на юго-западе европейской части России между 4934 и 5206 северной широты и 3809 и 4255 восточной долготы на территории Среднерусской возвышенности, Окско-Донской равнины и Калачской возвышенности. Площадь ее составляет 52,5 тыс.км2 [137].
В рельефе области хорошо обособлены три крупные зоны: Среднерусская возвышенность (Правобережная часть Дона), Калачская возвышенность (Юго-восточная часть, область междуречья Дона и Хопра) и Окско-Донская низменная равнина (Северная часть, Левобережье Дона). Район исследований находится на территории Среднерусской возвышенности.
Климат Воронежской области умеренно-континентальный, с выраженными сезонами года. Область находится под влиянием воздушных потоков Атлантического океана, Европейско-Азиатского материка и Арктики. Летом со стороны Средиземного моря проникает тропический воздух, вызывая повышение температуры. Весной юго-восточные ветры пустынь Средней Азии часто имеют характер суховеев. Циклоны с Атлантического океана приносят зимой обильные снегопады, а летом дожди. Холодный воздух Арктики в зимний период формирует ясную морозную погоду. Среднегодовая скорость ветра на участке 4 м/с, наибольшая среднемесячная скорость ветра наблюдается в феврале и декабре (4,4 м/с), наименьшая - в августе (2,9 м/с) [137].
Суммы активных температур (за период со среднесуточной температурой выше 10 С составляет 2500-3000. Самым теплым, со среднемесячной температурой +19,6+21,8, является июль. Наиболее холодный месяц январь, средняя температура-8,5-10,5С. Абсолютный максимум температур воздуха в июле 43, абсолютный минимум 41С в январе [13].
Атмосферные осадки на территории области распределены неравномерно. Годовая сумма осадков уменьшается в направлении с северо-запада на юго-восток от 600-650 мм до 450 мм и менее. Наибольшее количество осадков выпадает в летний период, что свидетельствует о континентальном типе годового хода осадков. За теплый период (апрель-октябрь) выпадает 300-350 мм осадков, больше всего в июле (в г. Воронеже до 72 мм) в виде летних гроз. Около 1/3 осадков приходится на холодный период года (минимум 20-25 мм - на февраль). Снежный покров лежит около четырех месяцев, глубина его составляет от 25 см в северных районах до 10 см на юге. Колебания годовой суммы осадков наиболее выражены на юго-востоке области, где в период засух количество осадков резко сокращается (до 270 мм). Суммарная величина испарения для большей части области превосходит 400 мм. Коэффициент увлажнения в лесостепной зоне положительный и близок к 1,0, на юге в степной зоне отрицательный и составляет около 0,7. В целом климатические условия является благоприятным для развития земледелия, продолжительность вегетационного периода около 190 дней [13,137].
Почвы - важнейшее природное богатство Воронежской области. Около 80% территории занимают черноземы и лугово-черноземные почвы. Черноземы - почвы открытых травянистых степей, где процессы выноса ослаблены из-за сухого летнего периода. Сплошное глубокое промывание почвы наблюдается ранней весной и поздней осенью. Накоплению гумуса способствует карбонатность лёссовидных суглинков, подстилающих почву. Присутствие кальция закрепляет гумус в черноземах, затрудняет его вынос [137].
При движении с севера на юг меняются условия увлажнения, характер растительности и свойства чернозема. На севере и северо-западе области распространены черноземы выщелоченные, имеющие признаки вымывания: горизонт накопления карбонатов расположен ниже гумусового, в материнской породе. В северной половине области преобладают черноземы типичные с мощностью гумусового горизонта 70-90 см и содержанием гумуса в пахотном слое 7-8 %. В южной части области они замещаются черноземами обыкновенными с меньшей мощностью гумусового горизонта и более низким содержанием гумуса, а на самом юге - черноземами южными [137]. В Воронежской области различают следующие типы местности: пойменный, надпойменно-террасовый, склоновый, плакорный, междуречный не-дренированный, останцово-водораздельный. Для правобережья реки Дон характерен склоновый или приречный тип местности с общим уклоном поверхности более 3. Много оврагов и балок, часть которых, занятых лесом, выделяют в особый тип урочищ байрачных лесов. Характерны урочища нагорных дубрав и березняков. Распространен плакорный тип местности, представленный плоскими водораздельными равнинами, он занимает свыше 40% общей площади области [137].
Влияние антропогенного воздействия на почвы вблизи автотрасс
Экономические и социальные перемены в России неизбежно диктуют необходимость ускоренного развития дорожно-транспортной инфраструктуры, которая включает в себя автодорожную индустрию, автомобильные дороги и сооружения на них, а также транспортные средства. Каждая составляющая оказывает негативное воздействие на окружающую среду [12, 58, 161]. В придорожных экосистемах обостряются экологические проблемы, связанные с отчуждением земель под дорожное строительство [53].
Основные виды влияния автодорожного комплекса на окружающую среду:
- производство, ремонт дорог и эксплуатация транспортных средств вызывают деградацию природных экосистем из-за чрезмерных антропогенных нагрузок вследствие загрязнения токсичными веществами;
- истощение природных ресурсов;
- уничтожение генофонда живых организмов (гибель и сокращение видового разнообразия животных, растений и микроорганизмов) в результате чрезмерного загрязнения окружающей среды [19, 119, 157, 161, 170].
Сеть автомобильных дорог в России постоянно расширяется, повышается уровень их технического совершенства (таблица 3-1).
По данным Федеральной дорожной службы России, в 1998 г. суммарная площадь территорий, занятых дорогами и объектами дорожной инфраструктуры составила 88,1 тыс. га. Зона влияния дорожной сети на прилегающие территории достигала почти 14,6 млн. га; площади, занимаемые придорожной полосой и полосой отвода - 1,05 и 0,25 млн. га соответственно [190].
Автомобильная дорога. Земляное полотно дороги возводят из грунтов, залегающих в данном месте или искусственно подобранных. Постройка земляного полотна дороги состоит из следующих этапов: расчистка дорожной полосы, планировка местности, строительство дорожной одежды (рисунок 4). Полосу местности, которую выделяют для устройства земляного полотна и дорожных сооружений, называют полосой отвода. Одним из основных элементов поперечного профиля дороги является земляное полотно -сооружение, на котором расположены проезжая часть и обочины [29, 193].
Проезжая часть предназначена для движения транспортных средств. На ней устраивают дорожную одежду, состоящую из нескольких слоев. Ее верхний слой называют покрытием. По сторонам проезжей части расположены обочины. На прямых участках дорог поперечный профиль устраивают двускатным, с небольшим возвышением у оси, что способствует стоку воды.
Дороги I категории могут быть разделены по направлениям движения земляным полотном. Проезжей части каждого направления придают односкатный профиль с поперечным уклоном от оси дороги к бровке. Между обеими проезжими частями оставляют разделительную полосу, засеваемую травой. В зависимости от рельефа местности, на которой проектируется дорога, земляное полотно может быть в виде насыпи или выемки.
Дорожную одежду устраивают на тщательно уплотненной поверхности земляного полотна. Прочность ее может быть обеспечена лишь на однородном, хорошо уплотненном земляном полотне при обеспеченном водоотводе.
Основное назначение дорожной одежды - воспринимать нагрузку от автомобилей и передавать ее на земляное полотно в рассредоточенном виде. Она должна обеспечивать движение автомобилей заданного веса с расчетной скоростью и обладать достаточной устойчивостью против влияния климатических факторов.
