Введение
Глава 1. Общие закономерности функционирования почвенных микроорганизмов в наземных экосистемах
1.1 Роль микроорганизмов в экологических функциях почвы
1.2 Структура и функционирование комплекса почвенных микроорганизмов
Глава 2. Городские почвы как неотъемлемый компонент урбоэкосистемы
Глава 3. Характеристика структуры комплекса микробиоты городских почв
3.1 видовой состав микробиоты городских почв
3.2 Микрофлора почв и ее роль в определении эколого-гигиенического статуса города
Заключение
Список использованных источников
Введение
В настоящее время на Земле практически не осталось почв, совершенно не испытывающих влияние человека. Наблюдается формирование искусственных экосистем – природно-антропогенных территориальных комплексов (ПАТК), для которых характерно нарушение естественных связей и режима их функционирования. Изучение антропогенно-трансформированных и антропогенно- созданных почв – одна из задач современного почвоведения. Особое место среди ПАТК занимают города, где природные системы деградируют, уничтожаются или полностью замещаются новыми, искусственно созданными. Преобладающим фактором почвообразования в городах становится антропогенное воздействие, которое может проявляться в активной смене почвообразующих пород, дроблении структуры почвенного покрова, частичного запечатывания искусственными покрытиями и т. п. В результате формируются специфические типы почв или почвоподобных тел. Городские почвы имеют поверхностный слой мощностью более 50 см, созданный человеком в результате перемешивания, погребения или загрязнения естественной природной почвы непочвенными материалами и привозным органосодержащим грунтом. Почвы города относительно молоды и постоянно обновляются за счет привносимого на поверхность и в верхние горизонты урботехногенного материала.
Почва – уникальное природное образование, необходимое условие существования жизни на нашей планете. Она сформировалась в результате преобразования горных пород под действием климата, живых организмов и времени. Главное свойство почвы – ее плодородие. Плодородие почв определяет общую продуктивность биоценоза и урожайность сельскохозяйственных культур.
Зачастую на почву смотрят как на объект труда в сельскохозяйственном производстве, что, безусловно, справедливо. Однако как ни велико значение почвы в качестве основы производства продукции сельского хозяйства, оно составляет лишь часть той незаменимой экологической роли, которую эта тончайшая оболочка Земли играет в биосфере и жизни человека.
Почва – одна из главных составляющих природной среды, которая благодаря своим свойствам (плодородие, самоочищающая способность и др. ) обеспечивает человеку питание, работу, здоровую среду обитания. Нарушение этих процессов, вызванное загрязнением, может оказать неблагоприятное влияние на здоровье людей и животных. Загрязнение почвы приводит к кардинальным
Глава 1 Общие закономерности функционирования почвенных микроорганизмов в наземных экосистемах
1.1 Роль микроорганизмов в экологических функциях почвы
Исключительно важная роль микроорганизмов заключается в глубоком и полном разрушении органических веществ.
Особенность почвенных микроорганизмов состоит в их способности разлагать сложнейшие высокомолекулярные соединения до простых конечных продуктов: газов (углекислый газ, аммиак и др.), воды и простых минеральных соединений. Каждому типу почв, каждой почвенной разности свойственно свое, специфическое профильное распределение микроорганизмов. При этом численность микроорганизмов и их видовой состав отражают важнейшие свойства почвы: запасы органического вещества, количество и качество гумуса, содержание питательных элементов, реакцию, влагообеспеченность, степень аэрированности.
Микроорганизмы принимают самое активное участие в следующих процессах:
• гумусообразование;
• разрушение и новообразование почвенных минералов;
• превращение азотсодержащих соединений (нитрификация), серы, железа и марганца (глееобразование, засоление);
• дыхание почвы.
Основная масса микроорганизмов сосредоточена в верхней части почвенного профиля в слое 0-20 см. Наиболее высокая микробиологическая деятельность наблюдается при температуре 25-35 °С и влажности, составляющей 60 % полной влагоемкости. Вся почвенная микрофлора наиболее активна при реакции среды, близкой 4 нейтральной.
Биомасса грибов и бактерий достигает 5 т/га. В 1 г почвы численность бактерий достигает миллиардов клеток. По выражению В. И. Вернадского, «почва пропитана жизнью». Микроорганизмы в сутки могут давать несколько поколений.
Бактерии могут быть автотрофными и гетеротрофными. Большая часть бактерий принадлежит к гетеротрофным организмам. Им для существования необходимо готовое органическое вещество. Бактерии-автотрофы встречаются реже. В качестве источника энергии они используют процессы окисления простых химических соединений: аммиака, сероводорода, оксида углерода. Некоторые бактерии способны окислять оксид железа.
Глава 2. Городские почвы как неотъемлемый компонент урбоэкосистемы
Городские почвы значительно отличаются от природных аналогов по морфогенетическим признакам и физико-химическим свойствам. Для них характерно нарушение природно-обусловленного расположения или полное исчезновение горизонтов; формирование почв на насыпных, намывных, перемешанных грунтах и культурном слое; наличие включений строительного и бытового мусора в верхних горизонтах; изменение кислотно-щелочного баланса с тенденцией к подщелачиванию; высокая загрязненность тяжелыми металлами, нефтепродуктами, компонентами выбросов промышленных предприятий; изменение физико-механических свойств почв (пониженная влагоемкость, повышенная плотность, каменистость и т. д.); рост профиля за счет интенсивного напыления; отсутствие важного биогеоценотического экранного слоя – подстилки; нарушение баланса основных элементов питания растений; изменены водный и температурный режимы почв и т. д. Тем не менее, в городских почвах диагностируются процессы гумусообразования, лессивирования, выноса и перераспределения минеральных компонентов. Общие черты городских почв следующие: материнская порода – насыпные, намывные, перемешанные грунты или культурный слой; включения строительного и бытового мусора в верхних горизонтах; нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне); высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефтепродуктами; особые физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каменистость); рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различных материалов и интенсивного эолового напыления. Специфика городских почв состоит в сочетании перечисленных свойств. Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт «урбик» (от слова urbanus – город) – поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (более 5 % строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см. Система горизонтов в городских почвах, их мощность, морфологическая выраженность на разных участках городской территории сильно изменяются. Выделяют несколько основных типов городских почв и почвоподобных образований. Критерии выделения типов следующие: единый по строению профиль (набор диагностических горизонтов, их мощность, принадлежность к тому или иному циклу почвообразования); единообразные процессы поступления и трансформации органического вещества и минеральной фазы и, соответственно,
Глава 3. Характеристика структуры комплекса микробиоты городских почв
3.1 Видовой состав микробиоты городских почв
Микробные сообщества в городской среде способны сохранять некоторые экологические ниши, близкие по своим свойствам природным. В то же время микроорганизмы осваивают новые микрозоны антропогенного характера, несвойственные данным природным условиям. Недостаточно исследованными являются микробиологические свойства городских почв. Важность изучения биологических свойств почв заключается в том, что городская почва служит местом концентрации урбаногенных веществ. Особенностью микробных сообществ урбаноземов является наличие черт, не свойственных данной природной зоне, что может служить целям индикации городской среды. Общей закономерностью процесса урбанизации является поступление в почвы нефтепродуктов. Признаком такого влияния служит доминирование в бактериальном комплексе родококков [19, с. 25]. К общим закономерностям антропогенного влияния относится также подщелачивание почв в результате оседания известковой пыли и, соответственно, увеличение или доминирование численности щелочелюбивых и щелочеустойчивых бактерий. Загрязнение почв ведет к ухудшению их свойств, вызывает снижение биологической активности, однако, отдельные группы микроорганизмов способны противостоять токсичному воздействию и благодаря своим адаптационным возможностям способствовать очищению почв от продуктов техногенного загрязнения. В результате промышленного загрязнения запас органических остатков подвергающихся трансформации в почве может, как увеличиваться – при подавлении микробиологической активности, так и уменьшаться – за счет резкого падения продуктивности фитоценозов. Достаточно хорошо изучено влияние токсичных газовых выхлопов промышленных предприятий на активность микробиологических процессов [10, с. 90].
Установлено, что двуокись азота подавляет рост аэробных и анаэробных не симбиотических азотфиксирующих бактерий в почве. Очень высокие концентрации тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы (в одних случаях превышающие 1 мг*л -1 , в других – 10 или 100 мг*л -1 часто вредны для микробов. В меньших концентрациях эти элементы, если они не токсичны, могут быть химически модифицированы некоторыми микроорганизмами и, таким образом, удалены из среды. Определенные группы микроорганизмов способны
Заключение
Здоровая, плодородная почва – национальное достояние. Между тем на территории любого города не остается почвы как естественно-исторического органоминерального тела. Естественные ненарушенные почвы остались лишь в виде островков в городских лесах и лесопарках. На подавляющей части городской территории сформировались специфические образования – урбаноземы, которые отличаются от естественных почв как структурой и свойствами, так и выполняемыми функциями
Урбанозем – искусственно образованная в процессе формирования городской среды почва, являющаяся биокосной многофазной системой, состоящей из твердой, жидкой и газовой фаз с непременным участием живой материи, функционирующая под воздействием тех же факторов почвообразования, что и естественные почвы, но с добавлением специфического в городской среде антропогенного фактора. Урбаноземы формируются на антропогенно-нарушенных или антропогенно-преобразованных (с инородными включениями, нарушенным сложением и т. д.) грунтах, не подвергавшихся целенаправленной биологической рекультивации на глубину корнеобитаемого слоя (до 1,5 м).
Под действием антропогенных факторов происходят значительные изменения в бактериальных сообществах почв, проявляющиеся в изменении показателей общей численности и физиологического состояния бактерий, таксономической структуры бактериальных комплексов, появлении бактериальных таксонов, не свойственных природным ненарушенным почвам.
Почвы, сформированные в условиях длительной земледельческой практики (ботанические сады, монастырские огороды) характеризуются высокой численностью и иным профильным распределением бактерий по сравнению с фоновыми почвами. Структура сапротрофного бактериального комплекса проявляет черты сходства с бактериальными комплексами более южных регионов.
В сильно загрязненных городских почвах по сравнению с фоновыми почвами существенно изменены микробные сообщества. Они характеризующиеся снижением доли физиологически активных клеток бактерий и отличаются от сообществ ненарушенных зональных почв соотношением таксонов и спектром
потенциальных доминантов. При загрязнении нефтью и полихлорбифенилами потенциальными доминантами становятся родококки (род Rhodococcus), комплексном хозяйственно-бытовом загрязнении – энтеробактерии (роды Escherichia, Enterobacter, Klebsiella), при загрязнении цементной пылью – род Arthrobacter.
1. Аристовская, Т. В. Микробиология процессов почвообразования. / Т.В. Аристовская. – Л.: Наука, 1980. – 187 с.
2. Бабьева И.П., Зенова, Г.М. Биология почв. / И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. – М.: МГУ, 1989. – 248 с.
3. Емцев, В.Т., Мишустин, Е.Н. Микробиология. / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. – 5-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2005. – 445 с.
4. Минеев, В.Г. Агрохимия / В.Г. Минеев. – 3-е изд. перераб. и доп. М.: МГУ, 2005 – 720 с.
5. Минеев, В.Г., Ремпе, Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. / В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе. – М Росагропромиздат 1990г. – 520 с.
6. Мишустин, Е.Н., Емцев, В.Т. Микробиология / Е.Н. Мишустин, В.Т. Емцев. – 3-е изд., перераб. и. доп. М.: Агропромиздат, 1987. – 368 с.
7. Ягодин, Б.А., Жуков, Ю.П., Кобзаренко, В.И. Агрохимия / Под ред. Б. А. Ягодина. М.: Колосс, 2002 – 584 с.
8. Ананьева, Н.Д., Благодатская, Е.В., Демкина, Т.С. Оценка устойчивости почвенных микробных комплексов к природным и антропогенным воздействиям // Почвоведение. – 2002. – № 5. – С. 580–587.
9. Полянская, Л.М., Лукин, С.М., Звягинцев, Д.Г. Изменение состава микробной биомассы в почве при окультуривании // Почвоведение. – 1997. – № 2. – С. 206–212.
10. Хазиев, Ф.Х., Гулько, А.Е. Ферментативная активность почв агроценозов и перспективы ее изучения // Почвоведение. – 1991. – № 8. – С. 88–103.
11. Герасимова, М.И. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. / М.И. Герасимова. – Уч. пособие. Смоленск: Ойкумена, 2003. – 268 с.
12. Замотаев, И.В. Почвоподобные техногенные образования: свойства, процессы, функционирование. автореф. дис. докт. геогр. наук. / И.В. Замотаев. – М., 2009. – 50 с.
13. Курбатова, А.С., Башкин, В.Н. Экологические функции городских почв. / А.С. Курбатова, В.Н. Башкин. – Смоленск: Маджента, 2004. – 232 с.
14. Добровольский, Г. В. Экологическая роль почвы в биосфере и в жизни человека. Рольпочв в биосфере. / Г.В. Добровольский. – Труды ИЭП МГУ им. М. В. Ломоносова Вып. 8 – М: МАКС-Пресс. 2007. – 325 с.
15. Селивановская, С.Ю. Микробная биомасса и биологическая активность серых лесных почв при внесении осадков городских сточных вод / С.Ю. Селивановская. // Почвоведение. – 2001. – № 2. – С. 227–233.
16. Селивановская, С.Ю., Алимова Ф.К. Влияние осадков сточных вод, содержащих металлы, на микробные сообщества серой лесной почвы // Почвоведение. – 2002. – № 5. – С. 588–594.
17. Мишустин, Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность земледелия / Е.Н. Мишустин. – Москва. – Наука. – 1999. – 398 с.
18. Мишустин, Е.Н Микробиология / Н.Н. Мишустин. – Москва. – Агропромиздат – 1987. – 445 с.
19. Теппер, Е.З. Практикум по микробиологии. Москва / Е.З. Теппер – Дрофа. – 2004. – 216 с.
20. Кауричев, И.С. Почвоведение / И.С. Кауричев. – Москва. – Агропромиздат. – 1989. – 545 с.
21. Нетрусов, А.И. Экология микроорганизмов / А.И. Нетрусов. – Москва. – Академия. –2004. – 272 с.
