Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологическая активность рекультивируемых отвалов открытых угольных разработок

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Биологическая активность рекультивируемых отвалов открытых угольных разработок"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

ЛУКИНА Нина Николаевна

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РЕКУЛЬТИВИРУЕМЫХ ОТВАЛОВ ОТКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ РАЗРАБОТОК

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научный руководитель — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник И. Н. Скворцова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, старший научный сотрудник Ю. Г. Гельцер, кандидат биологических наук, старший .научный сотрудник Н. Ф. Кириллова.

Ведущая организация—Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева.

Защита диссертации состоится . . .

1992 г. в 15 ч 30 мин на заседании специализированного совета К.053.05.86 по микробиологии и агрохимии МГУ имени М. В. Ломоносова: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан ¿¿.а^^.П-й-. . . 1992 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета, а отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет'почвоведения, ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета доцент

Актуальность проблемы. Интенсификация промышленного производства, возрастайтее значение открытого способа добычи полезных ископаемых требует значительного отчуздения- земель, з том числе и сельскохозяйственных угодий. При этом нарушаются сложившиеся био-геоценотические связи, изменяется рельеф земной поверхности, полностью уничтожается почвенный и растительный покров. Формирование нового почвенного покрова естественным путем представляет собой очень длительный процесс. Ускорить этот процесс позволяет искусственно проводимая рекультивация.

Актуальность исследований определяется необходимостью восстановления возрастающей с каждым годом площади нарушенных открытыми разработками земель.: Разработка элективных мероприятий по восстановлению плодородия земель техногенных ландшафтов является одной из важных задач и в области охраны природы. Одним из показателей состояния почв является их биологическая активность. Однако, шк- ■ .робиологические и биохимические процессы в почвах рекультивируемых 'ландшафтов остаются недостаточно изученными, поэтому большой интерес представляет проследить изменение основных показателей биологической активности почв техногенных'"земель в процессе их рекультивации." •

Настоящая работа является частью исследований, проводим« "Всесоюзным научно-исследовательским'и проектно-конструхторслт.м институтом охраны окружающей природной среды в угольной промышленности" (ВШШОСуголь), задача которых состоит в разработке технологии биологической рекультивации сульфидоодераащях пород без нанесения плодородного слоя почвн.

Цель работы. Биодинамическое изучение основных показателей биологической'активности рекультивируемых отвалов открытых угольных разработок и выявление оптимальных способов рекультивации.

Задачи исследования

1. Определить численность микроорганизмов в почве,в сезонной динамике ¡проследить динамику популяции азотобактера внесенного в почву.

2. Оценить це ллюло з о лиг ич ескую активность микроорганизмов на питательной среде и полевым аппликационным методом.

3. Определить ферментативную активность почв полевого опыта ло временной динамике.

4. Изучить потенциальную активность азотфиксации, денитрифакащш р актуальную активность дыхания в сезонной дивамике. 6. Определить токсичность образцов почв, угля и вскрышной породы по Отношению к микробному и растительному тестам. 6. Вдавить оптимальные варианты рекультивации.

Научная новизна. Впервые показано, что для сульфидсодержащкх пород один из вариантов рекультивации, состоящий в использовании извести и фосфоритной муки, создает достаточно высокий уровень биологической активности. . .

Впервые выделен этап предварительной саморекультивашш породы, состоящий в'ее природном самоулучшении до достижения рН 5,3. Варианты с внесением навоза и плодородного слоя оцениваются' в 'качества оптимальных.

Установлено, что внесение смеси угля с "^О^ЗОО^ЗОО УлУЧша65 -' некоторые показатели биологической активности данного субстрата -(численность микроорганизмов,-Денитрифицирующую и азотфиксирующув активность). 4' ■ ■ /

Практическое значение. Для повышения биологической активности рекомендовано несколько приемов рекультивации:1)саморекудативация вскрышной породы за счет ее природного самоулучшения без .спешальии-затрат средств до момента достижения ею рН не менее 5,3; 2)известко-вание и внесение фосфоритной муки (фоновый вариант) ;■ 3)использовашк более низких доз навоза и плодородного .слоя, добавляемых по .фону,

чем применялось в полевом опыте.

Апробация работы. Основные положения диссертации долокени на Всесоюзной школе-конференции молодых ученых' "Экономические проблемы в почвоведении и земледелии" (Курск, 1991); на I Всесоюзной научной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск, 1991); на заседании кафедры биологии почв факультета. почвоведения МГУ (1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, Ч глав, зак-.лючеиия, выводов, Материалы диссертации изложены на {66 страницах машинописного текста, содержать?^таблицы,¿Орисунков. Список литературы состоят из >?£?/названи», из них 32. - зарубежные.

ОБЪЕКТЫ И МИГОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили вскрыаныа породы после открытых угольных разработок, расположенные на отвале первого участка Камовского разреза - Тульской области и использованные для рекультивации путем различных агрохимических воздействий.

Рекультивируемая порода, по данным ШШОСуголь, являлась суль-фвдеодержащей. Количество углерода в ней составляло 1,255. Порода характеризовалась большим содержанием келеза (80-400 мг/ЮО г). Количество подвижного фос^юра колебалось от следо.з до 1,8 мг/ЮО г, обменного калия - от следов до 3,9 мг/ЮО г породы. Общий азот составлял 0,04-0,11$. Погодные условия были благоприятны для роста сельскохозяйственных растений в течение всего времени исследований.

Полевой опыт заложен по общепринятой методике (Доспехов,1985) сотрудниками лаборатории биологической рекультивации ЗНШОСуголь под руководством кандидата сельскохозяйствошт: наук 3.3.Оницэнко, которые любезно предоставили возможность проводить определение

биологической активности. '

2

Сбщая плошадь'опыта 0,4 га, площадь делянки 100 м . Повтор-ность опыта 4-кратная. •

Схема полевого и лабораторного опыта включала следующие варианты:

1. Порода

2. Фон (порода + известь по I г. к. +5 т/га фосфоритной муки)

3. Фон + HI50P30QK300

4. Фон + HI50P300^300 + наВ03 КРУПН0Г9 рогатого скота, 120 т/га

5. 4-он + И160Р300К300 + плодородный слой дерново-луговой почвы, ■ 240 т/га

6. Чернозем выщелоченный

7. Фон * смесь у тля (рН 2,2)* с к х^ЗОО^ЗОО' 6 Т//га

8. Фон + смесь угля (рН 2,2) с н ¡бо^ЗОО^ЗОО' 6 т'/га + Уголь (рН 2,2), "60 т/га '

9. Уголь с рЕ 2,2 : ' ■ ,

к Уюль до опыта хранился на дневной поверхности.

• Анализировались две угольные порода - исходная с рЕ'2,6; 2,9 (весна, осень 1989 г.) м порода с 'рН 5,3 (весна 1988 г.), находящаяся в состоянии саморекультивацци, т.е. уложенная бордюром на по-. логой стороне в конце опытного участка и способная таким образом задерживать и накапливать питательные вещества, поступающие в-нее С водаыи, стекающими с полевого участка.

На опытный участок для нейтрализации внесли известь по I г.к. -и 5 т/га фосфоритной муки. Через полгода провели разбивку опытного участка и внесли органические и минеральные удобрения.

Во вое варианты опыта производилась запашка зеленой массы растений. Сельскохозяйственные культуры чередовались в севообороте в следующем порядке! озимая рожь, вико-овсяная смесь, клевер.

Данные по урожаю культур представлены в табл. I.

Таблица I

Урожай сельскохозяйственных культур в полевом • опыте (данные сотрудников лаборатории биологической рекультивации ВНИИОСуголь)

Ж •

вариан- Варианты опыта тов

Уротай зеленой массы (ц/га)

озимая вико- клевер рожь овсяная красный смесь _.

Фон (порода+йзвесгь по I г.к.+ 5 т/га'фосфоритной муки)

Фон + "гбО^ЗОО^ОО

Фон +■ М150Р30^300 + навоз, 120 .т/га

46,5. 20,8' 98,2 36,1

5" '. Фон + 11Х50Р300К300 + плодородный слой 240 т/га

7 ' Фонуголь,; Н 150^300^300'

6 т/га

8 . ' Фон + уголь, к150Р300ЕСз001

6 т/га + уголь, 60 т/га

91,3

40,8

96.0 34,3

95.1 44,2 80,0 30,3

12,2 18,0

32,1

23,6 15,0 14,5

Почвенные образцы отбирались пс общепринятым методикам весной и осенью 1988 и 1989 гг. с глубины 2-15 см.

Количественный учет почвенных микроорганизмов проводили методом лшинвсцентного микроскогшрования (Кожевин, 1989) и методом посева на плотные питательные .среды: МНА, казенно-'глицериновый агар, агар Чапека для грибов.

Численность азотобактера учитывали методом почвенных комочков на среде Эшби в динамике. Токсичность субстратов определяли по рас. тительному и микробному тестам. (Методы изучения "почвенных, микроор-.

2

- б - . . ганизмов и их метаболитов, 1966).

Спределяли: интенсивность накопления свободных аминокислот (ншгццринположительвых веществ), активность почвенных ферментов (к&талазы, уреазы, дегадрогеназы, инвертазы), целлюлозолитическую активность почв в полевых условиях аппликационным методом по Мишус-тину с учетом убыли полотна в весе и лабораторным - на плотной питательной среде Гетчкнсона в модификации О.М.Пушкинской (Методы почвенной микробиологии и биохимия, 1991). Протеазную активность учитывали по интенсивности разложения желатина на фотопластинках (Гельцер, 1986).

Анализ потенциальной азотфиксирующей активности проводили ацетиленовым методом; для определения потенциальной активности денда-рификаиии использовали газовохроматографический метод. Нитратредук-щш изучали методом почвенной накопительной культуры в среде Таль-тая с нитратами (Бабьева, Зенова, 1989).;

Количественное определение продукции углекислоты проводили газоьохроматографически (Степанов,.Онидченко, 1989).

0пределе1ше pH проводили лотенциометрическим методом (Зыркн, Орлов, 1980); содержание общего углерода - по Тюрину (Орлов, Гришина, 1981). . .

Вое результаты .экспериментов обрабатывали общепринятыми статистическими методами (Дмитриев, 1972). .

,■ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что ряд показателей биологической активности силз но изменягтея во времени в отвалах,но не в черноземе, где они в на; меньшей степени зависят от сезонных условий. Закономерности биодинамики свидетельствуют в пользу того, что зональная почва находится на зрелой стадии сукцессии,-тогда.как рекультивируемые варианты

г

. в менее стабилизированном состоянии, соответствующем молодой стадии сукцессии, когда биологическая активность лить формируется.

.. Стадии сукцессии характеризовались с использованием соотношения между показателями обилия бактерий в почве по данным микроскопии и посева (Кожевин, 1989).

Сформулированный выше тезис подтверждается рядом показателей ' биологической активности, в частности, данными о численности бак- ' терий, усваивавших.органические формы G п н .Одним из объяснений, наблюдаемой слабой динамики численности Сг.ктерий в черноземе монет служить более высокий запас (пул} бактерий, который, по данным прямого метода, в черноземе составляет 232 млн; в вариантах опыта -III-I87 млн; в угле и кислой породе - лишь- 14т-15 млн клеток/г почвы или породы. .

'/■■•• - .Следует отметить, что по показателям численности на ША и общей численности по прямому методу в варианте ß 7 уголь,вероятно, служит источником углерода для микроорганизмов (рис. I). Отмечается й наиболее, высокий урояай зеленой массы вико-овсянси смеси з варианте J5 7 по сравнению с другими вариантами.

■ ■ Обргцает на себя внимание таюке вариант фоновых добавок, где известкование и внесение фосфоритной муки являются достаточными, для стимуляции роста микроорганизмов. Пул микроорганизмов по фону на порядок превышает его содержанке в исходной породе.

Среда бактерий на .МПА в' иаибольпем числе, обнаруккаются кори-неподобяые'бактерии, что объяснило с точки зрения принадлежности корияеподобннх бактерий к"аутохтонной микрофлоре, связанных в своей жизнедеятельности с преобразованием труднодоступных углеродсодержа-щих веществ.

. Статистически достоверной сезонной динамике в вариантах опыта подвержена такяе численность актшомицетов и грибов, особенно по Лону.. В черноземе хе-динамика' грабов и актигежцетов тгирже мекео

Рис, I, Численность бактерий в рекультивируемых отвалах в динамике , Примечание: I I - общая численность бактерий;

Гртп - численность корияеподобяых бактерий? • _ / единично .•' '."■■''

Варианты опита:

1. Порода: 1а - рН 5,3;

16 - рН 2,6; 2,9

2. Фон /порода + известь по I т.к. + 5 г/га фосфоритной муки/

3. Фон + к15оРэООКЭОО .

4. Фон + в150^300^300 + -. навоз., 120 т/га

5. Фон + "и 150^300^300 + плодородный слой, 240 т/га

6. Чернозем *

7. Фон + уголь, я150^300^300' ®

а. Зон + уголь, КХ50Р300К300' 6 т/га + уголь, 50 т/га 9. Уголь •

- 10 -

четко вырачсена, чем в других вариантах опита.

Таксономический'состав микромииетов в-вариантах опита имеет свою динамику (рис. 2)-. Родовой состав грибов одинаков £ вариантах опыта и в черноземе, за исключением некоторых родов-грибов, к числу которых относятся Аарегй-Шив, 'РвеоНоаусез. . "

По сравнению с кислой породой таксономический состав микромице-тоа, начиная с фонового варианта, становится более разнообразным: развиваются представители родов г'цза^ит, Цеотусез, Мисог, РаесНо- ■ туоеэ, Тг1сЬоаеггаа, £епас1111иа (ВИДЫ Р. сазе!, р. охаПсит, • р. palitans ). Наибольшим же разнообразием микрошшетов характеризуется вариант с навозом.;

Общим для вариантов опита является увеличение' разнообразия гри--бов во второй год.рекультивации (весна-осень 1989 г.), что указывает на идущий во времени процесс (¡армирования"комплекса почвенных• микромицетов.

При исследовании таксономическЬго состава.акмйрмицетов в сезонной динамике отмечено'(рис.;3>, что выщелоченный чернозем характеризуется стабильностью'численности, удерживающейся на низком уровне. В то же время таксономический состав актиномицетов подвержен се- , зонной динамике; нйпрМёр, представители одной и той же секции - Не1-уо1о - Х1ауиз, й'овейа обнаруживаются не во все сезоны, года (рис. . 4). В отшгЧКЁ' бт'чернозема (рис. 3), варианты опыта, в том числе №1& 7,-8,хауак№ризуются более высокой численностью актиномицетов и об'й&ружйь'ают заметную количественную сезонную пульсацию в зависимости -от1'периода вегетации растений. Это подтверждает положение о нестабильности пула актиномицетов в вариантах опыта.

Стимуляция численности актиномицетов, в том числе с целлюлоэолитической функцией,по сравнению с породой, так не как и в случае

ш V Вид мик-N. роми-СооЬ\ пеки \ та наблвдев^ АзрегвхХхиз •¡йгуййгзр'огг дт зрр. ■ризапиш врр-. Оеотуоеа раппогит *исог зрр. I еп1с1111ига саае! ,

иарпйнты опыта

I 2 3 4Е >5 7 £ [2 13 4 5 ¿7 31 2 3|4 5 о 7 з ¡1 2 3 4 7 8 I Й'г4 г ¿7 £ I 2 3 4 ^€¡7181 2|3) 4 £ 6Г 78

I Весна 1988 ? 1 И / / V \ 1 ■ Й 3 В 1 1

2 Осень 1588 - 1 V Ж - -.1 || - — - ^ ' 'а - 1 1 -

3 Весна 1989 И * 1 !! ,1 Е гр. - V \ | ''А 1

1 ш

4 Осень 1989 ■1 11 1 -1 | 3 ! ! 1 1 =} =! ш 1 1

К'1 II" ЛЧ роми-ирскч. пеки наочта явлений ГетсЩци; сЬгузо^епим Реп:1о111з.и!л п1§гаошгз РеахоХШис охйИсит ?еп1сИ11ил1 ра111:апз Тг1сЬо13еппа копжп^И &1»

¿¡аркакты опыта

I 2, 3 4 .1(171 I 213 4-15 6 7 3 15 34 Ь ( 4 е. т' г 3 4 П Г7 Т 2 3 4 1 ЙЫ* 3 4] 5 о 78

I Весна 1986 1 1 1 — Т' V | I —1 Р 1 1

о Осень 1988 - в - ш - -

;з ¿¡ее на 1089 * ф 31 к 1! II УЛ 1 Л

9 — >У>

4 Осень 1989 £ -ГУ — ш А •Л 1 Й-§ Щ 1 1 --

Рис. 2. Частота встречаемости микромииетов з рекультивируемых отвалах Б динамике (в %) Примечание: - от I до 15 ^ - от 30 до 100%

ШШ - 15 до 40 ■ - вид не представлен

РШ - от 40 до 80 „-" _ данные отсутствуют

Условные обозначения си. на рис. I (варианты опыта).

юо 4:

50

т о

а?

п §

о х

к £ -

к;

а

я; я; ф

>=; о к

0

100 ■50

0 100 50 .. 0 -

100

50 0

Сроки наблюдений

ш

1221

ш

у/ / /

Весна 1988

Осень 1988

Весна 1989

Осень 1989

Осень 1988 (целлюдозолитиче-кие форйЬ. актино-. минетов)'

2

3

7

8

Рис".

4 .5 6

Варианты опыта

3. Временная динамика численности (в %) актиномицетов по отношению общему ¡Количеству микроорганизмов на среде казенно-глицериновый агар в рекультивируемых отвайах

Примечание: "---" • - единично

СИ - не обнаружено .

" " данные отсутствуют "

* Обозначение ¿аряалтрв опыта см. на рис. I.

го

I

-л

ГШ

Таксономическое поло*-1егаш ак-ГппА шномл-кГ\ петов наблюдений

Секшш А1Ьив Серия А1ЬиБ

Секция Н61уо1о -Г1а\гав

Секция Сапеге-из

Секция'Иозеиз Секция Нозеиз

Сэрил Не1-.-э1из Серзш У1о1асейё(Серия ЙиЬег Серкя Йззеоу1о-

1асейа

Рис. 4. Изменение таксономического состава актиномицетовв рекультивируемых отвалах в сезонной динамике (в %)

Примечание: - от I до 15 ^ - от 80 до 100%

ЙШ - от 15 до 40 □ - секция не представлена

- от 40 до 80 • - данные отсутствуют

Условные обозначения см. на рис. I (варианты опыта).

со

I

с бактериями, характеризует состояние микробной системы как молодое (рис. 3).

Стабильность биологической активности чернозема во времени, как зрелой системы, подтверждается и динамикой целлюлозолитических бактерий (рис. 5). 3 остальных вариантах опыта по этому показателю обнаруживается пульсация численности целлюлозолитических микроорганизмов.

В присутствии угля численность целлюлозолитических грибов увеличивается (вар. 7,8). Причины этого явления пока остаются неясными.

В вариантах опыта целлюлозолитических актиномипетов содержится на порядок больше, чем бактерий и грибов (рис. 5), что подтверждает наличие благоприятных условий для сгрептомицетов, особенно в вариантах £№ 2,3,4,5,6, где они обнаруживается во все периоды наблюдений. Таким образом, те или иные приемы рекультивации стимулируют определенную группу микроорганизмов.

Варианты опыта могут быть оценены также с точки зрения степени их окультуренности. Одним из признаков окультуренности почвы является преобладаний целлюлозолитических бактерий по сравнению с целиолоэолитическими грибами. Наибольшая численность таких бактерий обнаружена в черноземе, где она менее резко изменяется по сезонам. С этой точки зрения чернозем остается наиболее плодородным субстратом.

Целлюлозолитическая активность изучалась также в полевых условиях. ОЗнаружено, что фоновые добавки стимулируют процесс разложения хлопкового полотна, а внесение минеральных удобрений оказывает некоторый дополнительный положгелъный эффект. Наибольшее разложение полотен происходит в вариантах с навозом и плодородным слоем, однако, оно не достигает уровня чернозема. Полевой метод учета разлояения клетчатки подтверждает результаты лабораторного опыта.'

SJue OT.F-

\низмы

Бактерии

Актинсмипеты

1£ибы

¿ариан^ ты опита

Сроки наблюдений

. Весна 1988

Осень Весна , Осень Весна Осень Лена

1988 1989 ■ 1989 1988 1988 1989

Осень 1989

Весна 1988

ССень Веска

1988 1989

Осень 1989

I

>—t ел

I

Масштаб: . 1,5 тыс/г почвы «=*> 5 тыс/г почвы =1,5 тыс/г почвы

или породы или порода или породы

Рис. 5. Динамика численности целлюлозолитических микроорганизмов в рекультивируемых отвалах

Примечание: "—" . - единично

1_I - не обнаружено

" " - данные отсутствуют

Условные, обозначения см. на рис. I (варианты опыта).

Исходя из численности целлюлозолитических бактерий,как одного из показателей окультуренности почвы, изучаемые варианты рекульти- / вации можно расположить в следующий ряд пЬ степени убывания этого, свойства: 6 > 4 > 5 > (7 + 2) > 3 > 8. •' •."■'

■ Таким образом, вариант с внесением лшь минеральных удобрений (№ 3) менее плодороден, чем вариант, где к минеральным удобрениям,, был добавлен уголь ( й 7). Действительно,' вариант 'смесью угля с' Н150^ 00^3 00 ^ ^ поддерживает рост некоторых растений (вико-овся-' нал смесь) лучше, чем вариант ]ё 3. Вероятно, смесь углА с И150Р300К300 ыожно рассматривать ка^5пролонгированное удобрениэ.

Одшш из показателей наличия благоприятных условий в почве является приживаемость-микроорганизмов при их искусственном внесении. В варианты опыта вносили азогобактер, выделенный из чернозема,и следили за динамикой популяции этой бактерии. Внесенный азотобактер обнаруживается в значительном числе в течение всего периода наблюдений (60 суток) во всех вариантах опыта, за исключением породы.^ Таким образом, возможно применение азотобактера для микробиологической рекультивации изучаемых субстратов.

Фоновый вариант^можно рассматривать как минимально достаточный.. для развития различных микроорганизмов: аммонифицирующих и целлюло-золитичеекмх бактерий, грибов и актиномицетов, численность которых достигает уровня зональной почвы хотя бы в один из сроков анализа.. К зональной почве фон приближается также и по разнообразив- таксономического состава грибов. Таким образом, фоновые добавки создают основу'для развитая процессов, -повышающих биологическую активность.

Однако, в фоновом варианте- микробное сообщество неуст.ойчиво во времени, и за период наблюдений этот вариант рекультивации еще ..

-17- .

не приобрел свойства плодородия, что соответствует и более низкому урожаю сельскохозяйственных растений: озимая ролсь, вико-овсяиая смесь (в 1,5-2 раза более низкому, чем в других вариантах опыта).

Изучали сформированность ферментного комплекса. Определяли в динамике каталазную, дягидрогеназную, уреазную, нитратредуктазную, нитрогеиазную, дыхательную (табл. 2,3) и протеазную активность. .

Наиболее стабильна во времени и сходна в большинстве вариантов опыта и в чернозем нитратредуктазная активность, связанная как известно, с наличием доступного органического вещества. Следовательно,' агромелиорация привела к обогащению изучаемых субстратов доступным органическим веществом.

Уреазная активность обнаруживается во времени во всех вариантах опыта, кроме варианта И 8. Наибольших величин она достигает в варианте с навозом.

Азотфиксярующее »акробное сообщество только начинает формироваться, так как заметая активность азотфиксации в большинстве сроков анализа проявляется лишь при внесении навоза и плодородного слоя почвы.

Наибольшие значения дегэдрогеназной и каталазной.активности . характерны для черкоэз:',а, затем - варианта с плодородным слоем и навозом. По сравнению с черноземом в вариантах опыта не всегда иыеет^ ся связь численности микроорганизмов с уровнем дегидрогеназной активности' почв. •

Сформировалиость окислительно-восстановительной ферментативной активности (каталаза, дегидрогеназа)1 свойственна, очевидно, лишь зрелой экосистеме и в др.чном случае монет, слуяить показателем окультуренности при рекультивации. Таким образом, не для всех определявшееся ферментов создаются равные условия в вариантах рекультивации.

Таблица 2

Динамика ферментативной активности рекультивируемых отвалов

Зарумнты опыта

Каталаза, см30о

Дегидрагеназа, мгТФФ

Уреаза , мг Щ,

г . мин

¿есш Осень шока осень 1988 1888 1389 1989

ТЦрЖч

Г . 24 Ч

йена Осень Весна осень Веска осень йесна Осень 1988 1988 1989 1989 1988 1933 1989 1989

I. Порода 0,13 - 0,13 0,37 н/о - н/о н/о н/о н/о н/о

2. Фон ;ло£ода+известь по 1,г.к.+о т/га йоейорит-ЕОй муки) 0,97 0,53 0,77 0,63 0,21 0,51 0,33 0,33 н/о н/о н/о н/о

3. Фоа+ нх50^300^300 ' 0,83 0,50 0,67 0,63 0,30 0,46 0,28 0,30 5,47 4,33 4,07 5,00

4. «он+ НХ50Р300К300+ навоз, 120 т/га 1,13 1,13 0,07 0,90 1,20 2,23 0,50 0,55 22,27 22,67 34,53 28,07

4он+ И150Р300К300+ ПЛОДОРОДНЫЙ слой, 240 т/га 1,33 0,97 0,93 0,93 3,02 3,00 0,38 •0,48 12,07 12,67 17,37 16,67

в. Чернозем 4,20 5,37 4,47 ' 4,40 3,00 4,45 1,78 1,77 "21,50 18,50 19,60 23,80

7. Фон^голь, *15сРз0&00'0г70 . 0,57 0,60 0,53 0,23 0,84 0,27 0,43 5,00 5,60 5,00 10,73

8. -Фон+уголь, и150Р300К30С1. 6 т/га+уголь, 60 т/га 0,73 0,53 0,50 0,63 0,30 0,47 0,23 0,33 н/о н/о н/о н/о

9. Уголь - • - 0,53 0,73 - - - н/о н/о ' - н/о н/о

Примечание: "и/о" - не обнаружено

"-" - данные отсутствуют

■ Величины -доверительных интервалов представлены в диссертационной работе

' при 5% уровне значимости.

' ' Таблица 3 Динамика денитрифицирующей, азотфпксирующе'й и дыхательной активности рекультивируемых отвалов

Ш1

Варианты опыта

' Денитригоикашзя,

мг н-н.,0

час

.10"

4

Азотфиксашш, мги ЛСГ4

час

дыхание, мг С02 . 1СГ4

Лена Осень .весна- Осень • ¿есна Осень ¿йена Осень десна осень йеспа Осень

1388 1&88 1959 1989 1988 1Э68 1989 1989 1988 1988 1989 1939

I. Порода 2,45 _ н/о и/о к/о - н/о н/о 15,17- 14,22 3,16

2. С'он (порода+ззз&сть по 1г. к. +5 ?/г£ .Т-.ззуо-

ритной муки/ -¿3,14 50,05 08, йо 45,07 0,07 0,66 ■0,10 0,53 11,38 13,55 18,97 10,75

3. .Фон+ И150Р30С^300 57,06 44,65 48,07 42,73 0,05 0,24 ' 0,02 0,21 12,65 10,62 20,23 10,75

.4 Оон+ к 150^3 оо% 00 +

навоз, 120 т/га 75,03 66,12 64,56 59,47 8,47 3,72 0,27 3,44 16,44 16,31 23,71 13,28

5. Фоы+ И150Р300К300 + плодородный слой,

240 т/га 42,20 48,37 53,71 45,97 5,52 3,62 0,13 1,П 12,65 15,42 22,76 12,65

6. Чернозем 56,09 83,15 60,90 47,36 2,12 1,58 0,09 0,67 20,25 28,07 30,34 15,17

7. «онколь, М150Р300%00'

63,34 47,67 75,07 40,50 0,53 1,19 0,60 1,23 10,45 8,35 12,01 9,48

8. Фон+уголь, к150Рз00К300'

6 т/га+уголь, 60 т/га 34,33 29,41 38,12 34,17 0,03 0,08 0,04 0,12 9,48 8,35 14,63 11,92

9. Уголь - - н/о н/о - - н/о н/о - . - 7,46 9,48

Примечание: "н/о" - ке обнаружено

"-" - данные отсутствуют

Величины доверительных интерзалов представлена в диссертационной работе при Ъ% уровне значимости;

- 20 -

Протеазная активность изучавшихся вариантов опита определялась 2-мя приемами после' экспозиции фотопластинок в поле с целью сравнительной оценки юс чувствительности: статистическим методом "точек" (Дмитриев, 1965) и методом с использованием автоматического телевизионного анализатора изображений (АГАИЗ) (Гельпер,.1991).

Обнаружено, что более чувствителен способ оценки протеазной активности на фотопластинках с помощью АТАИЗ. Так, по данным этого приема, протеазная активность в вариантах опыта колеблется от 64 до 98$ от исходной пластинки. По данным приема оценки протеазной -активности на фотографиях с помощью АТАИЗ соответствующие цифры составляют от 38 до 83$. Оценка протеазной активности статистическим методом точек позволяет выявить уровень активности, ■ составляющий лишь 20-70^. Данные использованных приемов оценки протеазной активности свидетельствуют о той, что внесение всех добавок по фону способствует формировании протеазной активности.

В вариантах опыта, в том числе и в фоновом, обнаруживается стабильная во времени активность дыхания.

Таким образом, в варианте с внесением угля ( й 8) ферментативный комплекс сформирован в наименьшей степени.

Саморекультивирующаяся порода (рН 5,3), как следует из • представленных выше данных (рис- I, 2; табл. 3), по сравнению с исходной кислой породой обладает определенным уровнем биологической активности. По некоторым показателям (численности микроорганизмов, дыхательной активности, разнообразию грибов) она близка к фоновому варианту.

Чем менее эффективен вариант рекультивации, тем более выражена сезонная динамика определенных показателей биологической . активности на данный момент времени в сравнении с оптимальным вариантом.

- 21 -

ВЫВОДЫ

1. Изучены основные показатели биологической активности рекультивируемых угольных отвалов в динамике. Показано, что высокое мелиорирующее воздействие на вскрышную породу оказывают известь и фосфоритная мука. При этом биологическая активность по

, некоторым показателям приближается к зональной почве.

2, Дополнительное к фоку'.внесение минеральных удобрений

^ существенно не влияет на большинство показате-

лей биологической активности рекультивируемых угольных отвалов. ■3. Варианты рекультивации с внесением навоза и плодородного слоя •

. почвы оцениваются как оптимальные. . 4. Олесь угля с ЗЕО^ЗОСЛЗОО оказывает в целом меньшее мелиорирующее действие, чем навоз и плодородный слой. Однако, по ■ ряду показателей биологической активности примененная смесь позволяет достигнуть уровня зональной почвы.

5. По сравнению с исходной кислой породой саморекультивирующаяся порода проявляет определенный уровень биологической активности.

6. При всех видах рекультивации формируется комплекс микроорганизмов, сходный по числзйности с-зональной почвой, а формирование ферментативного комплекса (каталаза, дегидрогеназа) задерживается по сравнении с эс.ильной почвой.

7.' Все виды рекультлвац'ш а разной степени приводят к увеличению как численности, так разнообразия микроорганизмов.

Автор сердечно благодарит сотрудников кафедры биологии почв Г.М.Зенову, О.Е.Марфенину, Е.А.Воробьеву, А.Л.Степанова за содействие в выполнении работы, а тагаке старшего научного сотрудника лаборатории биологической рекультивации ВНИИОСуголь Г.А.Зуланова за помощь в закладке опыта -и проведении полевых работ.

- 22 - '■'■.■'' Материалы диссертант опубликованы в работах:

1. Биологическая активность рекультивируемых почв на угольных отвалах // Весгн. Мосн. ун-та, сер. 17 почвоведение. 1990.

3. С. 54-57 (соавт. В.В.Онищенко, Г.А.Куланов, Д.Г.Звягин-' цев, И.Н.Скворнова).

2. Ферментативная активность рекультивируемых отвалов в Подмосковном бассейне // Вестн. Моск. ун-та, сер. 17 почвоведение. 1991. .4 I. С. 63-55. '

3. Биологическая активность рекультивируемых угольных отвалов ' // Экономические проблемы в почвоведении и земледелии: Тез. докл. Всесоюзн. школы - конф_._ молодых ученых. Курск. 1991.

С. 119-120.

4 Способы биологической рекультивации отвалов открытых разработок Подмосковного угольного бассейна // Биология почв антропогенных ландшафтов: Тез. докл. I Всесоюзн. научн. конф. Днепропетровск, 1991 (сэавт. И.Е. Скворнова, в печати). 5. Ферментативная активность рекультивируемых отвалов в Подмосковном каменноугольном бассейне,// Биология почв антропогенных ландшафтов. Тез. докл.. I Всесоюзн. научн.' кокф. ■ Днепропетровск, 1991 (в печати)<