Помощь студентам в учебе
ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ПОЧВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БИОЧАРА В КАЧЕСТВЕ НЕТРАДИЦИОННОГО УДОБРЕНИЯ
|
Введение 4
1. OБЗOP ЛИТЕPАТУPЫ 7
Пoчвы 7
Oбщая хаpактеpиcтика пoчв 7
Плoдopoдие пoчв 8
Биoлoгичеcкая активнocть пoчв 9
Учаcтие микpoopганизмoв в пoчвенных пpoцеccах 9
Метoды oценки биoлoгичеcкoй активнocти 11
Пoвышение плoдopoдия пoчв путем внеcения удoбpений 13
Клаccификация удoбpений 14
Пpoблемы, вoзникающие пpи внеcении удoбpений 15
Пpименение биoчаpа в качестве нетрадиционного удобрения 16
Oбщая хаpактеpиcтика биoчаpа 16
Получение биочара 18
Влияние биoчаpа на пoчвы, пoчвенную биoту и на уpoжайнocть cельcкoхoзяйcтвенных культуp 22
2. МАТЕPИАЛЫ И МЕТOДЫ 25
Объект иccледoвания и схема экcпеpимента, пoдгoтoвка пoчвенных oбpазцoв 25
Oпpеделение физиoлoгичеcкoгo пpoфиля cooбщеcтва метoдoм мультиcубcтpатнoгo теcтиpoвания BiologEcoplate 26
Oпpеделение pеcпиpатopнoй активнocти пoчвы 28
Oпpеделение внеклетoчнoй феpментативнoй активнocти пoчв c пoмoщью флуopеcциpующих cубcтpатoв 29
3. PЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 34
Изменение физиoлoгичеcкoй активнocти микpoбнoгo cooбщеcтва 35
Изменение почвенного дыхания или респираторной активности почвы 37
Изменение ферментативной активности почв 39
Изменение глюкозидазной активности в почвенных образцах 39
Изменение аминопептидазной активности в почвенных образцах 41
Изменение фосфатазной активности в почвенных образцах 43
Выводы 45
Список литературы
1. OБЗOP ЛИТЕPАТУPЫ 7
Пoчвы 7
Oбщая хаpактеpиcтика пoчв 7
Плoдopoдие пoчв 8
Биoлoгичеcкая активнocть пoчв 9
Учаcтие микpoopганизмoв в пoчвенных пpoцеccах 9
Метoды oценки биoлoгичеcкoй активнocти 11
Пoвышение плoдopoдия пoчв путем внеcения удoбpений 13
Клаccификация удoбpений 14
Пpoблемы, вoзникающие пpи внеcении удoбpений 15
Пpименение биoчаpа в качестве нетрадиционного удобрения 16
Oбщая хаpактеpиcтика биoчаpа 16
Получение биочара 18
Влияние биoчаpа на пoчвы, пoчвенную биoту и на уpoжайнocть cельcкoхoзяйcтвенных культуp 22
2. МАТЕPИАЛЫ И МЕТOДЫ 25
Объект иccледoвания и схема экcпеpимента, пoдгoтoвка пoчвенных oбpазцoв 25
Oпpеделение физиoлoгичеcкoгo пpoфиля cooбщеcтва метoдoм мультиcубcтpатнoгo теcтиpoвания BiologEcoplate 26
Oпpеделение pеcпиpатopнoй активнocти пoчвы 28
Oпpеделение внеклетoчнoй феpментативнoй активнocти пoчв c пoмoщью флуopеcциpующих cубcтpатoв 29
3. PЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 34
Изменение физиoлoгичеcкoй активнocти микpoбнoгo cooбщеcтва 35
Изменение почвенного дыхания или респираторной активности почвы 37
Изменение ферментативной активности почв 39
Изменение глюкозидазной активности в почвенных образцах 39
Изменение аминопептидазной активности в почвенных образцах 41
Изменение фосфатазной активности в почвенных образцах 43
Выводы 45
Список литературы
Почва – одна из важнейших компонентов экосистем. В настоящее время рациональное использование почвенных ресурсов и восстановление качества почв приобретает все большее значение в связи с растущей численностью населения и необходимостью его обеспечения продовольствием (Селивановская, 2011). Однако в данный момент становится очевидным тот факт, что как интенсивный, так и экстенсивный путь развития сельского хозяйства не позволяет резко увеличить количество производимой продукции. Активно обсуждаются проблемы перехода к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству, разработки и внедрения систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений.
Технологии, которые применяются в агрохозяйствах, призваны увеличивать урожайность культур. В действительности же, подобные инструменты зачастую приводят к нарушениям в окружающей среде, что требует немедленного перехода к экологически чистому агрохозяйствованию. Так, для увеличения плодородия почв применяют традиционные методы повышения урожайности – такие как внесение минеральных удобрений и пестицидов, несбалансированное, а часто избыточное количество которых приводят в долгосрочной перспективе к потере питательных элементов за счёт неполного их использования растениями (как известно, растения потребляют около 50% удобрений), элиминации из почвы в виде молекулярного азота или оксида азота, миграции азотных соединений по профилю почвы, а в последующем и к резкому сокращению и деградации почв.
Указанные проблемы предлагают необходимость постепенного перехода к новым принципам ведения сельского хозяйства. Такие приёмы должны буду оказывать наименьшее разрушающее воздействие на окружающую среду, обеспечивая при этом рациональное использование ресурсов.
Так, в последнее десятилетие активно возрастает интерес к продукту бескислородной термической обработки органических отходов из-за его разностороннего применения в сельском хозяйстве и промышленности – пироуглю или биочару – перспективному удобрению, обеспечивающему медленное поступление питательных веществ в почву (Borchardetal., 2012). В литературе представлены обширные данные о его успешном применении в различных целях: для улучшения качества почв, увеличения содержания питательных вещества, нормализации почвенного рН, повышения эффективности применения удобрений, уменьшения выщелачивания питательных веществ, сорбции органических загрязнителей и тяжелых металлов, снижении эмиссии парниковых газов. Кроме влияния на урожайность растений возможны и другие взаимодействия биоугля и почвы, например воздействие на почвенную биоту, её воздушный и водный режимы (Bruun, 2011).
Необходимо отметить, что сырьем для получения пироугля обычно являются растительные остатки. Однако многие агрохозяйства имеют нерешенную проблему утилизации отходов птицеводства. Количество поголовья куриц на птицефабриках увеличивается ежегодно, наиболее значительное увеличение доли куриного мяса в пищевом рационе произошло за последние 10 лет.С одной стороны, выращивание птицы требует меньше временных затрат по сравнению с другими сельскохозяйственными животными, идущими на мясо, с другой стороны, в птицеводстве образуется куриный помет, размещение которого вызывает потенциальный риск здоровью животных и человека за счет неприятных запахов, токсичности и вымывания токсичных и органогенных элементов в грунтовые воды. Способы его утилизации, распространенные в настоящее время, например, компостирование, являются длительными и требуют больших площадей, затрат энергии (Gao, 2010). Таким образом, использование куриного помёта в качестве сырья для биочара решит одновременно две актуальные проблемы:
1) Повышения плодородия почвы за счёт органических удобрений;
2) Переработки и утилизации куриного помёта.
Исходя из вышесказанного, целью работы являлась оценка влияния биочара, полученного из куриного помета,при его использовании в качестве органического удобрения на почвенное микробное сообщество почв.
Для реализации цели необходимо было решить следующие задачи:
1) Подготовить образцы биочара, полученные при температуре 400°С в виде порошка и гранул и провести вегетационный эксперимент с пшеницей и ячменем, включающий обработку почву биочаром разного типа;
2) Оценить динамику изменения физиологического профиля микробных сообществ почв, с использованием коммерческой системыBiologEcoplate и их суммарной респираторной активности;
3) Оценить динамику изменения ферментативной активности микробного сообщества почв и использованием флуоресццирующих субстратов: 4- Метилумбеллеферил-β-D-глюкозид, 4-Метилумбеллиферилфосфат, L- Лейцин-7-амино-4-метилкумарингидрохлорид.
Технологии, которые применяются в агрохозяйствах, призваны увеличивать урожайность культур. В действительности же, подобные инструменты зачастую приводят к нарушениям в окружающей среде, что требует немедленного перехода к экологически чистому агрохозяйствованию. Так, для увеличения плодородия почв применяют традиционные методы повышения урожайности – такие как внесение минеральных удобрений и пестицидов, несбалансированное, а часто избыточное количество которых приводят в долгосрочной перспективе к потере питательных элементов за счёт неполного их использования растениями (как известно, растения потребляют около 50% удобрений), элиминации из почвы в виде молекулярного азота или оксида азота, миграции азотных соединений по профилю почвы, а в последующем и к резкому сокращению и деградации почв.
Указанные проблемы предлагают необходимость постепенного перехода к новым принципам ведения сельского хозяйства. Такие приёмы должны буду оказывать наименьшее разрушающее воздействие на окружающую среду, обеспечивая при этом рациональное использование ресурсов.
Так, в последнее десятилетие активно возрастает интерес к продукту бескислородной термической обработки органических отходов из-за его разностороннего применения в сельском хозяйстве и промышленности – пироуглю или биочару – перспективному удобрению, обеспечивающему медленное поступление питательных веществ в почву (Borchardetal., 2012). В литературе представлены обширные данные о его успешном применении в различных целях: для улучшения качества почв, увеличения содержания питательных вещества, нормализации почвенного рН, повышения эффективности применения удобрений, уменьшения выщелачивания питательных веществ, сорбции органических загрязнителей и тяжелых металлов, снижении эмиссии парниковых газов. Кроме влияния на урожайность растений возможны и другие взаимодействия биоугля и почвы, например воздействие на почвенную биоту, её воздушный и водный режимы (Bruun, 2011).
Необходимо отметить, что сырьем для получения пироугля обычно являются растительные остатки. Однако многие агрохозяйства имеют нерешенную проблему утилизации отходов птицеводства. Количество поголовья куриц на птицефабриках увеличивается ежегодно, наиболее значительное увеличение доли куриного мяса в пищевом рационе произошло за последние 10 лет.С одной стороны, выращивание птицы требует меньше временных затрат по сравнению с другими сельскохозяйственными животными, идущими на мясо, с другой стороны, в птицеводстве образуется куриный помет, размещение которого вызывает потенциальный риск здоровью животных и человека за счет неприятных запахов, токсичности и вымывания токсичных и органогенных элементов в грунтовые воды. Способы его утилизации, распространенные в настоящее время, например, компостирование, являются длительными и требуют больших площадей, затрат энергии (Gao, 2010). Таким образом, использование куриного помёта в качестве сырья для биочара решит одновременно две актуальные проблемы:
1) Повышения плодородия почвы за счёт органических удобрений;
2) Переработки и утилизации куриного помёта.
Исходя из вышесказанного, целью работы являлась оценка влияния биочара, полученного из куриного помета,при его использовании в качестве органического удобрения на почвенное микробное сообщество почв.
Для реализации цели необходимо было решить следующие задачи:
1) Подготовить образцы биочара, полученные при температуре 400°С в виде порошка и гранул и провести вегетационный эксперимент с пшеницей и ячменем, включающий обработку почву биочаром разного типа;
2) Оценить динамику изменения физиологического профиля микробных сообществ почв, с использованием коммерческой системыBiologEcoplate и их суммарной респираторной активности;
3) Оценить динамику изменения ферментативной активности микробного сообщества почв и использованием флуоресццирующих субстратов: 4- Метилумбеллеферил-β-D-глюкозид, 4-Метилумбеллиферилфосфат, L- Лейцин-7-амино-4-метилкумарингидрохлорид.
1. Внесение биочара в количестве 1% в почву изменяет физиологический профиль микробного сообщества. Биочар в порошкообразном виде в среднем вызывал увеличение индекса AWCD в 1,1-1,5 раза большее по сравнению с гранулированным вариантом. Большее увеличение скорости потребления субстратом сообществами установлено для пшеницы по сравнению с ячменем. В целом, наибольший стимулирующий эффект обнаружен через сутки после его внесения. Во всех вариантах опыта индекс Шеннона изменялся от 3,0 до 3,3, при этом в контрольном варианте его значения составили от 1,85 до 3,38, что свидетельствует о более высоком разнообразии микробного сообщества почв и, соответственно, о его устойчивости.
2. Выявлено, что респираторная активность почвенных образцов, обработанных биочаром обоих типов, достоверно не отличалась от контрольных образцов и варьировалась в интервале 1-3,64 мг CO2-C/г/24ч. Это свидетельствует о том, что биочар является удобрением длительного действия, в котором углеродом присутствует в медленно усваивающейся форме.
3. Установлено, что биочар приводит к снижению активности всех трех проанализированных ферментов (β–глюкозидазы, аминопептидазы и фосфатазы) почвы сразу после его внесения, что, возможно, связано с иммобилизацией ферментов на пироугле. При дальнейшем инкубировании отмечено постепенное увеличение их активности с максимальными значениями на 28 сутки – 101,68 ноль/г/ч. По степени активности ферменты могут быть расположены в следующий ряд: аминопептидаза, β–глюкозидаза и фосфатаза.
2. Выявлено, что респираторная активность почвенных образцов, обработанных биочаром обоих типов, достоверно не отличалась от контрольных образцов и варьировалась в интервале 1-3,64 мг CO2-C/г/24ч. Это свидетельствует о том, что биочар является удобрением длительного действия, в котором углеродом присутствует в медленно усваивающейся форме.
3. Установлено, что биочар приводит к снижению активности всех трех проанализированных ферментов (β–глюкозидазы, аминопептидазы и фосфатазы) почвы сразу после его внесения, что, возможно, связано с иммобилизацией ферментов на пироугле. При дальнейшем инкубировании отмечено постепенное увеличение их активности с максимальными значениями на 28 сутки – 101,68 ноль/г/ч. По степени активности ферменты могут быть расположены в следующий ряд: аминопептидаза, β–глюкозидаза и фосфатаза.