Читайте также:
|
Как отмечено в главе 7, почвенный микробоценоз отражает различные виды деградации почв, и на этом основании показатели его состояния могут служить универсальными индикаторами состояния почв при почвенном мониторинге.
Микробиологические тесты позволяют за короткое время, даже при незначительных изменениях в окружающей среде, оценить отклонения в функционировании почвенной системы и потому могут служить показателями ранней диагностики степени деградации почв. Основных микробиологических тестов всего четыре (табл. 12.1).
Уровень активной микробной биомассы является информативным показателем общего состояния почвенной биоты. Определяется по методике, изложенной в работе «Экспериментальная экология», 1991. Степень деградации устанавливается по уменьшению уровня активной микробной биомассы по сравнению с контролем. Для недеградированной почвы допускается не более чем 5-кратное снижение, тогда как очень сильнодеградированная почва характеризуется более чем 100-кратным снижением активности микробной биомассы.
Содержание патогенных форм микроорганизмов характеризует биологическое загрязнение почвы. Определяется по стандартной методике (Мишустин и др., 1979). В норме их количество не превышает 1000 на 1 г почвы.
Фитотоксичность почвы является интегральным показателем состояния почвенной биоты. Зависит от суммарного загрязнения почвы, включая и почвоутомление. Определяют методом «почвенных пластинок» по снижению числа проросших семян и длины проростков по сравнению с контролем (Звягинцев и др., 1989; Евдокимова и др., 1984). Снижение числа проросших семян и длины проростков по сравнению с контролем в 1,1 раза допускается для недеградированной почвы. Если число проростков снизилось более чем в два раза, то почва очень сильно деградирована.
Генотоксичность почвы — показатель, с помощью которого определяют способность почвы влиять на структурно-функциональное состояние генетического аппарата почвенной биоты, включая микроорганизмы, растительность и почвенную фауну. Определяют по росту числа
генных мутаций по сравнению с контролем. Оценивается в краткосрочных тестах (Фонштейн и др., 1977). В норме число мутаций в нарушенной почве не должно отличаться более чем в два раза по сравнению с контролем.
При высоком значении показателя скорости биологической деградации необходимо выявление вызывающих ее причин, так как за исключением количества патогенных микроорганизмов все остальные параметры биологической деградации являются интегральными, обусловленными совокупным действием целого ряда причин.
Наибольшее распространение получили методы микробиологического тестирования для оценки состояния почв, подверженных загрязнению.
В ходе санитарно-гигиенического мониторинга оценка степени биологического загрязнения ведется по санитарно-бактериологическим, санитарно-паразитологическим и санитарно-энтомологическим показателям.
В загрязненной почве на фоне уменьшения аборигенных представителей почвенных микробоценозов и снижения ее биологической активности отмечается увеличение количества патогенных энтеробактерий и гельминтов, которые более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Оценка санитарно-бактериологического состояния почвы обязательно проводится на объектах повышенного риска (детские сады, игровые площадки, зоны санитарной охраны).
Каждая почва характеризуется определенной обогащенностью микроорганизмами, и она может снижаться при разных видах воздействия на нее (табл. 12.2). Приконтроле микробиологического состояния почв проводится выявление реакции отдельных групп почвенных микроорганизмов на то или иное воздействие на разных уровнях их организации: особь, популяция, сообщество.
Для сообществ (комплексов) — один из основных показателей — изменение их видовой структуры. Показателями изменения могут быть общее число выделяемых видов (богатство видов), показатели их разнообразия, уровень доминирования. Наряду с изменением разнообразия может происходить изменение состава видов.
Слежение за изменением состава и структуры сообществ может проводиться как по отдельным таксономическим группам, так и для трофических групп почвенных микроорганизмов. Примером такого подхода является исследование крахмалразлагающего (амилолитического) микробного сообщества, или целлюлозоразлагающих микроорганизмов, или организмов, потребляющих легкодоступные органические вещества при изменении экологических условий. Выбор исследуемой трофической группы должен соответствовать специфике исследуемого биоценоза и основным изменениям трансформации органики под влиянием антропогенных факторов. Для того чтобы произошли неоднократно регистрируемые изменения состава сообществ вследствие исчезновения одних и появления других видов, необходимы существенные экологические сдвиги. Следовательно, раньше, чем для сообществ, изменения могут проявиться для его составляющих — популяций отдельных видов. Изменения популяций регистрируются задолго до исчезновения вида в сообществе. При популяционных исследованиях важен выбор исследуемых организмов. В первую очередь таковыми могут быть виды, развивающиеся в определенных экологических условиях — так называемые стенотопные виды, и виды — возможные аккумуляторы поллютантов.
Наряду с традиционными микробиологическими методами популяционного анализа (посев на питательные среды) весьма перспективно слежение за развитием микроорганизмов непосредственно в почве с использованием мембранных камер с внесенными в них популяциями микроорганизмов. При этом наиболее эффективно внесение видов с известными свойствами. Например, для оценки влияния кислых осадков — внесение видов организмов, высокочувствительных к изменению рН. Реакция популяций микроорганизмов (например, микроскопических грибов) на изменение экологических условий может проявляться в увеличении лаг-фазы, изменении уровня прорастания спор, репродукции, скорости роста мицелия, длительности отдельных стадий развития. На популяционном уровне изменения биоты могут наблюдаться при более низких уровнях воздействия. Например, такие изменения были зарегистрированы для стенотопного вида Mortierella ramanniana при загрязнении кадмием дерново-подзолистых почв ниже уровня ПДК, в то время как при оценке сообществ изменения прослеживаются при дозе загрязнения на порядок выше (Марфенина, 1991).
Информативным показателем биологического состояния почвы является ее ферментативная активность. Оценка степени обогащенности почвы ферментами дана в таблице 12.3.
Почва является самой богатой системой как по ферментативному пулу, так и ферментному разнообразию. Источниками почвенных ферментов служат растения, микроорганизмы, животные, словом, все живое вещество почвы. Роль ферментов в почвенных процессах трудно переоценить, ведь они являются катализаторами биохимических превращений органических остатков и гумуса и тем самым участвуют в биохимических циклах углерода, азота, фосфора, серы и других элементов.
Обогащенность ферментами в значительной степени определяется генетическим типом почвы, при этом в верхних биогенных горизонтах активность ферментов максимальна, а вниз по профилю — в большинстве случаев снижается.
Деградация почвы сопровождается снижением ее биологической активности, и ферменты, как показали многочисленные исследования, являются надежным индикатором этого явления (табл. 12.4). При этом ферменты проявляют специфическую реакцию на тот или иной вид деградации почвы. Так, загрязнение почвы ТМ, нефтепродуктами в значительной степени снижает активность каталазы, в то время как инвертаза и дегидрогеназа довольно слабо реагируют на нефтезагрязнение. В то же время инвертаза чувствительна к сельскохозяйственному использованию, а каталаза — нет.
12.2. Мониторинг почв по их производительной способности (бонитировочный)
Бонитировка почв — сравнительная оценка качества почв по их производительной способности, это специализированная генетико-производственная классификация почв, плодородие которых выражено в баллах.
Предлагались различные подходы и методы оценки качества почв (Гаврилюк, 1972):
1. Естественно-исторический метод, на основе подходов В.В. Докучаева. Баллы бонитета почв устанавливаются на основе тех их природных свойств, которые коррелируют с урожайностью ведущих сельскохозяйственных культур. Элементарной таксономической единицей при бонитировке таким методом является разновидность почв.
2. Вариант естественно-исторического метода, при использовании которого таксономической единицей является не почвенная разновидность, а агропроизводственная группа или подгруппа почв. Баллы бонитета почв устанавливаются также по природным свойствам почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Метод широко применяется на Украине.
3. При географическом подходе выявляется связь между урожайностью и типом местности. Баллы бонитета для различных типов местности устанавливают по выходу сельскохозяйственной продукции. Метод разработан географами МГУ и Львовского университета.
В основу общей оценки почвенного плодородия положена оценка гумусного состояния, так как именно гумус является интегральным показателем плодородия почв. В качестве основных генетических показателей при разработке шкалы бонитета почв используются показатели (Гаврилюк, 1972):
— общая мощность горизонтов (А+В);
— запасы гумуса (т/га) во всей толще гумусовых горизонтов.
Эти индексы плодородия показали высокую информативность при оценке качества черноземов и каштановых почв Нижнего Дона и Северного Кавказа. Бонитировка этих почв осуществляется прежде всего применительно к потребностям зерновых культур, так как зерновое хозяйство составляет основу сельскохозяйственного производства региона.
Имеют значение выбранные критерии балльной оценки почв. При разработке рабочей оценочной шкалы для определения балла бонитета почв Ростовской области за 100 баллов (т. е. за эталон) были приняты признаки обыкновенного чернозема, в котором мощность гумусового горизонта А+В = 75 см, запасы гумуса — 425 т/га, а урожайность — близка к средней урожайности зерновых культур на сортоучастках — 20 ц/га (Гаврилюк, 1974). Использовались и «разомкнутые» оценочные шкалы, где средней по качеству почве присваивается 100 баллов, почвам выше среднего качества — соответственно более 100 баллов и почвам ниже среднего качества — менее 100 баллов.
Эффективность этих показателей неодинакова для разных типов почв. В частности, в почвах, где гумуса содержится меньше (каштановая и чернозем южный), влияние его на почвенное плодородие выше, чем в почвах с боль- шим содержанием гумуса. Это связано с особенностями качественного состава гумуса.
Содержания гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых почвах показало надежную связь с величиной урожайности сельскохозяйственных культур.
Оценку деградации почвы по показателям ее гумусного состояния можно провести исходя из рекомендаций Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов России, по которым уменьшение гумусового слоя менее чем на 0,1 доли его мощности указывает на отсутствие деградации.
Однако эти рекомендации не содержат придержек по оценке деградации почвы при снижении гумусированности пахотного слоя без уменьшения мощности А+В. В то же время в условиях степной и сухостепной зон это явление широко распространено.
Деградацию можно характеризовать показателями интенсивности процессов деградации и их направления. Под скоростью деградации понимается ухудшение свойств почвы в единицу времени. В целях унификации для всех показателей скорость деградации можно было бы выразить скоростью перехода почвы из одной степени деградации в другую по любому рассматриваемому показателю.
Если имеются бонитировочные шкалы и многолетние материалы, накопленные в результате бонитировочных исследований, они могут быть эффективно использованы для оценки скорости изменения таких показателей, как мощность гумусового слоя и содержание гумуса в верхнем горизонте (табл. 12.5).
При этом учитывалась различная мощность гумусового слоя (А+ В) в разных подтипах черноземов, следовательно, и различная «цена» потерянных сантиметров этого слоя. Потеря (смыв) более 50 % мощности гумусового слоя приводит к необратимой утрате исходно плодородия этих почв и их необратимой деградации. Такое состояние почв соответствует крайней — четвертой степени деградации почв (диагностика по мощности гумусированного слоя).
При переводе деградационных потерь в балльную систему оценок необходимо учитывать различную исходную мощность (А+В) изучаемых подтипов черноземов. Поэтому уже при первой степени деградации черноземы, изначально имеющие большую мощность гумусового слоя,«могут позволить себе» большую потерю в баллах и при этом остаться в градации «слабая степеньдеградации». При очень сильной деградации потери мощности гумусового слоя в баллах в этом подтипе черноземов в 2 раза выше, чем в черноземах южных.
Для каштановых почв данная система оценки деградации гумусного состояния была разработана на основе тех же принципов. В качестве показателя деградации используется убыль гумуса в пахотном горизонте в процентах к исходному состоянию (табл. 12.6).
Предложенный подход обоснован следующим: содержание гумуса в горизонте А каштановых почв Ростовской области составляет в среднем 2,4 — 2,2 %. Уменьшение этого показателя на 30 % приведет к тому, что горизонт А по содержанию гумуса будет соответствовать нижележащему горизонту В. Содержание гумуса 1,8—1,5% в пахотном слое свидетельствует о том, что почва подвержена эрозии, горизонт А полностью смыт и почва достигла крайней, четвертой, степени деградации. Эти же принципы использовались для разработки критериев оценки темно- и светло-каштановых почв.
Существуют и другие нормативы для оценки деградации почв, в которых не учитывается специфика гумусного состояния. Соответственно, и выводы, сделанные на их основе, будут иные. Для примера установим степень де- градации почв, рассмотренных в предыдущем примере, в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке деградации почв» (Яковлев и др. 2001) (приложение, табл. 1) и сопоставим сделанные выводы.
По показателю «уменьшение запасов гумуса в профиле почвы» в «Методических указаниях...» предлагается 4-ю степень деградации диагностировать при уменьшении запасов гумуса на 80 % по сравнению с недеградированным аналогом. В обыкновенном черноземе, принятом за эталон, запас гумуса составляет 425 т/га. Данную почву можно будет перевести в разряд 4-й степени деградации при уменьшении запасов гумуса до 85 т/га. А светло-каштановая
почва с запасом гумуса в А+В = 85 т/га, будет переведена в 4-ю степень деградации только по достижении запаса гумуса в 17 т/га. Но если в первом случае в почве, вероятно, будет сохранен по крайней мере горизонт В2, то во втором случае при таких запасах гумуса речь может идти только о горизонтах ВС или С, так как в лессовидных суглинках на глубине одного метра гумуса содержится от 0,5 — 0,6 до 0,3 — 0,2% гумуса, что обеспечивает запас гумуса в слое 0 —20 см от 4 до 16 т/га. То есть при учете генетических особенностей оценки деградации почв получены более жесткие, чем без учета этих особенностей.
Дата добавления: 2015-05-05; просмотров: 80 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |