Экология/6. Экологический мониторинг

К. с/х.н. Головастикова А. В.

Курская государственная сельскохозяйственная академия, г.Курск

Изменение состава и структуры микробного сообщества в условиях техногенного ландшафта отвалов Михайловского ГОКа КМА

Опыт рекультивации как в России, так и в других странах свидетельствует о том, что его эффективность и экономичность в значительной мере зависят от правильной оценки экологической обстановки и прогноза динамики в природно-техногенных ландшафтах.

Проблема рекультвации на современном этапе не может быть полностью и эффективно решена без комплексного изучения нарушенных экосистем, без изучения специфики и динамики экологических условий, создающихся при техногенном воздействии на природные ландшафты, без прогнозирования тех изменений, которые могут произойти в результате действия на природные комплексы техногенных факторов, на что и направлены данные исследования

Восстановление земель, нарушенных добычей полезных ископаемых, начинается с формирования в отвальных грунтах микробных сообществ, выполняющих различную работу по подготовке горной породы для поселения на нем высших растений. “Микробы, будучи древнейшими организмами на земном шаре, существующие миллиарды лет, - подчеркивал В. А. Ковда, - являются самыми древними почвообразователями, действующими задолго до появления высших растений и животных. Последствия жизнедеятельности организмов далеко выходят за пределы обитаемых ими почв и определяют во многом свойства осадочных пород, состав атмосферы и природных вод, геохимическую историю таких элементов, как углерод, азот, фосфор, кислород, водород, кальций, калий, железо”[1].

В состав почвенной микрофлоры входят микроорганизмы с различными требованиями к источникам энергии. Количественное соотношение между ними зависит от экологических условий, в которых складывается тот или иной микробный ценоз.

Установлено, что специфика развития и функционирования микробных ценозов определяется возрастом отвалов, физико-химическими свойствами отвальных материалов и сукцессий высшей растительности.

Исследованные нами отвалы из лёссовидного суглинка и глины келловея (5-ти, 15-ти и 25-ти лет) Михайловского железорудного карьера КМА, и повторные исследования, проведенные на данных овалах через 10 лет, показали, что при заселении отвалов растительностью первоначально в техногенных грунтах возникают группировки микроорганизмов адаптированных к экстремальным условиям среды. Они имеют олиготрофный тип питания и низкую биохимическую активность, иногда при достаточно высокой численности микробных сообществ, что указывает на экологическую стратегию r - характера. Так на лёссовидном суглинке этот этап характеризует высокая численность микроорганизмов - 601 тыс./г. породы при 491 тыс./г. почвы в зональной почве. Ведущее значение имеют неспороообразующие бактерии-гетеротрофы - 360 тыс./г. породы, использующие органический азот. Кроме того на данном этапе отмечается большое количество грибов (170 тыс./ г. почвы), как первичных деструкторов, обладающих мицелярным строением. Количество бацилл и актиномицетов, использующих минеральные формы азота, невелико - 79 тыс./ г. породы, так как их обилие напрямую связано с количеством азота в субстрате.

Появление в постехногенную фазу эволюции ландшафтов высшей и низшей растительности, поставляющей наземный и корневой опад, а также корневые выделения, стимулируют изменение численности, структуры и функциональной нагрузки микробоценозов в таких системах. При этом на отвалах лёссовидного суглинка (15 лет) численность микроорганизмов практически не возрастает или даже несколько уменьшается (до 572 тыс./ г. почвогрунта) вследствие качественной перестройки микробного сообщества. Значительно сокращается отмечаемая ранее “очаговость”, что выражается в уменьшении разницы в количестве микроорганизмов на склонах и плато что указывает на формируется более устойчивого микробоценоза и переходе с r-стратегии на к- стратегию. Снижается численность олиготрофов (302 тыс./г. почвы) и грибов (127 тыс./г. почвы), увеличивается количество бацилл и актиномицетов, способных принимать активное участие в минерализации.

На 25 летних отвалах четвертичных лёссов отмечается дальнейшее несущественное снижение количества бактерий на МПА (249 тыс./г. почвогрунта) и увеличение количества бацилл и актиномицетов на КАА (289 тыс/г. почвогрунта), а также уменьшение количества грибов (до 89 тыс./г. почвогрунта). Значительное увеличение количества микрофлоры, использующей минеральные формы азота свидетельствуют об активизации процессов минерализации [2]..

Проведенные нами исследования через 10 лет на отвалах 25 – летнего возраста, (т.е. 35 летние отвалы) показали что сохранилась к- стратегия, однако уровень бацилл и актиномицетов на КАА существенно увеличился (572 тыс/г. почвогрунта), что свидетельствует о нарастании r - характера процессов минерализации азота. Количество бактерий на КАА и грибов на среде Чапека практически не изменилось и составило соответственно 297 тыс/г. почвогрунта и 91 тыс/г. почвогрунта.

Ход процесса стабилизации микробного сообщества на глине келловея отличается от описанного выше постепенным увеличением всех составляющих зимогенного комплекса микробного сообщества: сапрофитных бактерий на МПА (231 тыс./г. почвы), бацилл и актиномицетов на КАА (196 тыс./г. почвы), почвенных грибов на среде Чапека (182 тыс./г. почвы). Следовательно, интенсивнее прочих идет нарастание количества микроорганизмов, использующих минеральный азот. Общее количество сапрофитной микрофлоры составляет 609 тыс./г. почвогрунта, что приближается к уровню старых (25 лет) отвалов четвертичного суглинка (627 тыс./г. почвогрунта). Процентное соотношение групп микроорганизмов на глине келловея, в этот период, имеет приблизительно такую же характеристику, что и на 15 летних отвалах лёссовидного суглинка, соответственно: 53-48% - на МПА, 25 - 29% - на КАА, 22 - 32% - на среде Чапека.

Исследования, проведенные через 10 лет на отвалах 15, 25, 35 – летнего возраста, свидетельствуют о нарастании r-стратеги с существенным увеличением сапрофитов и бацилл и актиномицетов на КАА. При этом, на 35- летних отвалах количество сапрофитов на МПА увеличивается до 859 тыс/г. почвогрунта, а грибов на среде Чапека сократилось до 100 тыс/г. почвогрунта. Количество бацилл и актиномицетов на КАА возросло до 902 тыс/г. почвогрунта. Все эти изменения свидетельствуют об увеличении процессов минерализации азотистых соединений и формировании более устойчивого микробного сообщества.

Такой ход изменений микробиологических сукцессий соответствует сукцессиям высшей растительности. Для накопления гумуса в грунтах имеет значение не только количество микроорганизмов, но и уровень их продуктивности, то есть скорость “оборачиваемости” микробной биомассы и характер тех окислительно-восстановительных процессов которым подвергаются растительные остатки [3].

Литература

1.Ковда В.А. Основы учения о почвах. Кн I. / М. : Наука, 1973. 448с.

2.Головастикова А.В. Микробоценозы отвальных территорий Михайловского ГОКа КМА. // Экологические проблемы современности. Материалы научно-практической конференции. / Екатеринбург, 2006. С.113-115.

3.Стефурак В.П., Усатая А.С., Фрунз Н.И., Катарук Э.А. Биологическая активность почв в условиях антропогенного воздействия. Кишинев.: Штинница, 1990. 214 с.