Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние агрогенной нагрузки на микробиоту почв, загрязненных радионуклидами

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние агрогенной нагрузки на микробиоту почв, загрязненных радионуклидами"

Р Г 5 ОД

. -ч к г- <-. •-

1 7 а:.

московский государственный университет имена М.В. Ломоносова

факультет почвоведения

На правах рукописи

ПРОСЯННИКОВА Светлана Павловна

ВЛИЯНИЕ АГРОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА МИКРОБИОТУ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -1995

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

Научный руководитель : доктор биологических наук, ведущий

научный сотрудник B.C. Гузев.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор C.B. Летунова; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник A.M. Семенов.

Ведущее учреждение - Московская сельскохозяйственная академия.имени К.А. Тимирязева.

Защита диссертации состоится С~ъ U ко k9l 1995г. в 15 ч 30 мин в аудитории М-2 на заседании специализированного совета К053.05.86 в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899 Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан ^ а^рел^ 1995г.

Приглашаем вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета по микробиологии и агрохимии в МГУ или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь специализированного совета

доцент ^f/d^iL—, И.П. Бабьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивная сельскохозяйственная технология насущно необходима, однако, она часто сопровождается деградацией почвенного покрога, что вызывает снижение почвенного плодородия. ПОЭТОМУ ПОИСК •чкгп^иигнтят.иы* vaoavrpnuwu»' nninr.nro»f>?!FMv ранних этапах pei негрироаагь ухудшение сг.о::стп почпы, безусловно актуален.

Особенное значение в настоящее время имеет диагностика повреждения почвенного покрова на территориях затронутых загрязнением радионуклидами вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, которая по

мезсяуиародирй шхаяе оценки аналогичных со бытпй отнесена к гдобальньш катастрофам. В связи с этим почвы данного региона подвергаются комплексному агропочвенному радиоэкологическому изучению на хякме«ых монторииговых участках, расположенных в различных зонах раписактипного загрязнения к отличающихся степенью техногенной нагрузки. Это исследование проводится » рамках "Государственной научио-техпкческой программы 051.01.01". Настояшая диссертационная работа должна восполнить пробел в этой программе в области исследования почвенной микробиоты.

В последнее время на кафедре биологии почв МГУ был разработан ряд оригинальных методов исследования почвенных микроорганизмов in situ, которые хорошо себя зарекомендовали при изучении техногенных поздействнй на почвенную микробкоту. Мы считаем, чго и в данной проблеме с их помощью могут быть получены новые результаты.

Таким образом, тема диссертации представляется актуальной и требует дальнейшей экспериментальной разработки.

Целью работы было на основании сравнительного эколого-микробиологического исследования почв агроценозоа оценить влияние

агрогеннои ня грузки на состояние почвенной мккробиоты на фоне радиоактивного загрязнения.

Научная козтна настоящей работы состоит в том. что на двух типах почв (дерново-подзолистой и серой леской) впервые экспериментально обнаружен синергический эффект от совместного действия на почвенную микробиоту агрогеннои нагрузки и радиоактивного загрязнения. Проявление этого эффекта находится в зависимости от дозы радиации и типа почвы. На менее плодородных дерново-подзолистых почвах при плотности радиационного загрязнения более 40 Ки/км1 по '"Се в условиях хронического облучения этот эффект выражен значимо. На серых лесных почвах при плотности радиациойного загрязнения 4 Кк/км5 можно обнаружить лишь тенденцию к его проявлению. Тем самым, результаты настоящей работы дополнили экспериментальными данными понятие синергизма в радиоэкологии и впервые экспериментально показали синергическое действие агрогенной нагрузки совместно с радиоактивным загрязнением на почвенную микробиоту.

Практическая значимость результатов настоящей работы заключается в том, что они будут полезны при составлении длительных прогнозов состояния территорий, подверженных воздействию радиоактивного загрязнения.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на II Международном симпозиуме "Малые дозы радиации и здоровье человека" (Брянск, 1992); II Форуме почвоведов России (Пушимо. 1993); Международном семинаре "Проблемы смягчения последствий Чернобыльской катастрофы" (Брянск, 1993); Радиобиологическом съезде (Киев, ¡993); Межвузовской научно-методической конференции (Ярославль, 1994).

Структура и объем работы. Материал диссертации изложен на страницах машинописи, состоит из введения, обзора литературы, описания

объектов и методов исследований, четырех глав результатов собственных исследований, двух глав обсуждения результатов, заключения и выводов. Работа иллюстрирована SH рисунками, Л i таблицами. Список использованной литературы включает 235 наименований, из них ¡04 на аносфанных

Автор выражает искреннюю благодарность проф. Д.Н. Дурманову за любезное предоставление образцов почз, отобранных до аварии на ЧАЭС, и к.б.н. C.B. Левину за помощь в освоении методов исследования, обсуждении результатов и оформлении диссертации.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В настоящей работе объектами исследований явились почвы четырех ключевых почзошых участков, расположенных по два а Белорусского провинции дерново-подзолистых слзбогумуснрованных почв и в Стародубском ополье Украинской провинции серых лесных почв.

Кй"с;плн мониторинговый участок состоит из 1-3 опорных почвенных площадок. Они в соответствии с рекомендациями Международно!* программы комплексного мониторинга (Гришина и др., 1991) имеют площадь по 25-30 м:, расположены в непосредственной близости на одном и том же элементе рельефа и различаются по степени агрогеиного воздействия на почву: !) залежь, 2) обычный агроценоз, 3) интенсивный агроценоз.

В качестве залежей использовали площадки, расположенные в лесополосах 40-60-летнего возраста. Агроценозы отличаются от залежных почв как сменой культур в севообороте, так и воздействием на почву сельскохозяйственной техники, вовлечением в биологический круговорот больших масс химических элементов и соединений, ранее не свойственных данной территории. Интенсивные агроценозы отличаются от обычных

более массированным применением всевозможных агрохимикатов, строгой технологической дисциплиной и белее высокой урожайностью выращиваемых культур, то есть возросшими масштабами поступления и выноса биогенных элементов. Кроме того, в почвы интенсивных агроценозов со средствами химической защиты растений попадает большее количество различных поллютантов.

Помимо агрогекной нагрузки образцы отличались по степям радиоактивного -загрязнения. Плотность радиоактивного загрязкекш: по шСя для дерново-подзолистых почв составляла 40 Ки/ш1 и 50 Ки1шг, а серых лсснь!х - 4 Ки/км:. Динамика мощности зкепозицконкой дозы гамма-излучения на поверхности почвы, измерявшейся прибором СРГМЗ-01, представлена в таблице !.

Таблица 1

Экспозиционная доза гамма-излучения исследуемых почв, мкР/ч (ГТросяиников, 1995)

Биоценоз, слой почвы 0-30 Год

1983! 1986 1988 1990 1991 1992 1993

Среднедерново-глубокоиодаолистая почва

Залежь 9 510 300 210 180 180 180

Обычный агроценоз 7 285 217 120 120 120 95

Интенсивный агроценоз. 7 251 [56 110 ПО 110 85

Средаедерцово-подзодкстая почка

Залежь 9 то 539 310 300 280 205

Интенсивный агроценоз 6 983 249 160 155 135 135

Серая лесная почаа

Залежь 7 62 40 Н 32 24

Обычный агроценоз 6 43 32 28 - 26 21

Интенсивный агроценоз 5 40 30 28 - 28 20

Серая лесная почва со вторы и гун усовьш гор «зонтом

Залежь 7 63 45 51 - 31 25

Обычный агроценоз 6 49 3} 27 - 25 16

Интенсивный агроценоз 7 50 39 26 - 25 20

Смешанные образцы почвы для лабораторных исследовании составляли из проб, отобранных в 3-4 точках го стенок разреза по гее и толще гумусового горизонта (AS или А пах). На участках. загрязненных n-jmmuui/nuMuu птЛпп nfinaiima nrvnipmiiintin п ИЮНС 1990 Г. В каЧССТВе контрольных использовали си;кищ'. иинь, ишйулпЬтч-.. опорного пункта Почвенного института им. В. В. Докучаева с тех же ключевых участков в июне 1983 г., то есть, до аварии на ЧАЭС. Все образцы хранили в воздушно-сухом состоянии.

Методы исследования. Влияние антропогенной нагрузки на микробиоту почв изучали с испояьзоччкисм слсдуэтпдих «следов.

\. Суммарную биомассу кысроорганн imoh определяли в свежих обо^шах почвы ргтдратационньт м&чодчи в модификации Н.С. Папккова (Мирчинк, Паникой, 19S'"). Принцип »того метода состоит в ••;«гхсм высушивании почвы с иосл?ду>-шг?1 рггидратгщией. Мягкое высушивание почвы (65-70 "С, ¿4 ч; избирательно дсиствуег на кигые микробные клетки, что приводит к нарушению целостности цитпшшматических меибрак, которое у разных мк"сроорга1««зчов может быть полным (необратимым) или обратимым. На мертвое opi аническое вещество почвы высушивание при относительно низкой температуре практически не действует. В ходе регидраташш высушенной почвы (встряхивании почвенного образна почвы с разбавленным солевым раствором) внутриклеточные, компоненты высвобождаются в раствор и их масса может быть определена колориметрически. Повторноегь опыта быль 4-кратнои.

2. Метод инициированного микробного сообщества. Методика постановки опыта по обнаружению инициированного амнлолигического микробного сообщества почвы предложена B.C. Гузевым с соавторами (1980). Сущность и отличительные признаки данного метода состоят в активации источником энергии (крахмалом) развития микроорганизмов на

поверхности почвы к последующем детальном изучении активно функционирующей при этом группировки ■микроорганизмов. Сообщество микроорганизмов характеризуют определенным видовым составом и . соотношением плотностей популяций его членов. Инициированное микробное сообщество рассматривали как реальную модель для оценки изменений почвенной микробиоты при антропогенных воздействиях. Для количественного анализа различии комплекса почвенных микромицетов применяли метод полярной ордикации (Уитгекер, 1980). Для оценки физиологической активности микробного сообщества используют тесты на его отношение к высшим растениям. Опыты проводили в 9-кратной повторностн.

3. О потенциальной фитотоксичности почэы судили по величине критической дозы глюкозы (Вайда, 199!). Принцип метода состоит в определении пограничной концентрации глюкозы, разделяющей механизмы ее утилизации в почве: полное окисление и маслянокислое брожение. О преобладании процесса брожения судили органолептичсски (по запаху масляной кислоты) и по приобретению почвой фитотоксических свойств. Критической дозой названа концентрация глюкозы, при которой прорастает лишь 50% семян тест-растсиия (кресс-салата). Повторность опыта была 6-кратной.

4. Метод целлофановых мембран. Для количественного определения целлюлозолитической активности почвы применяли метод целлофановых мембран (Гузев и др., 1988). Сущность метода состоит в инструментальном определении скорости нарушения механической прочности целлофановой пленки в процессе ее инкубации на поверхности почвенной пластинки. Опьпы проводили в 14-кратной повторносги.

5. Метод почвенных раскопок. Учет почвенных беспозвоночных

проводили методом почвенной раскопки с последующей ручной разборкой

»

проб (Гиляров, 1941). Размер пробы 0,0625 м2. Для послойного взятия проб

п 4-кратной повторное™ использовали металлический пробник 25 х 25 см. Пробы разбирали на месте вручную. Пробы бр алн иа глубину впречаемостн беспозвоночных. Учитывали следующие группы беспозвоночных: дождевые черви и членистом™-«*» fmpru-п«-»»

HHUitMKFf).

Статистическую обработку результатов всех экспериментов проводили с. использованием пакета программ "Siaigraf', а результаты исследования выражали в виде таблиц, графиков и диаграмм с помощью пакета программ "HarvardGraphics" на персональном компьютере "IBM РС-386".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Материалы настоящего исскедор-ания представляется возможны м рассмотрел» ь двух основных аспектах. каждый hi которых раскрывает особенности повреждающего действия раличны* а1гфологгнчмх факторов на почвенную микробноту. Это, с одной стороны, изменение микробиологических с.пойстп почв под воздсйсчяием механической обработки и нсполиегагшя удобрений на фоне пысоких доз пестицидов, что вместе составляет интенсивную сельскохозяйственную технологию, а, с другой стороны, втянч? т микробиоту почвы радиоактивного загрязнения.

Влияние агрогенной на» уузки на (¡квлогнчеекке свойства исследуемы?: почв. Гсзулыаты исследования суммарной биомассы микроорганизмов представлены на рисунках 1 - 4. В дерново-подзолистых почвах при плотности радиоактивного загрязнения 40 и 50 Ки/км2 по 137Cs возрастающая агрогенная нагрузка приводит к значительному уменьшению суммарной биомассы микроорганизмов при переходе от залежи к обычному и интенсивному агроценозам.

Рис.1. Динамика по годам микробной биомасссы в среднвдврново-глубокопод-эолистой почве

Биомасс о микроорганизмов, мг С/100 г

100-

)т

Год исследования образца - оСичмий агроизноз 0Щ- имтемсиамкя <ггроц«ноз

Рис. 2. Динамика по годам микробной биомассы в среднедерново-подзолистой почве

Биомасса микроорганизмов, мг С/?00 г

<00 ЭОО-200100 о

\390 1£Э1 1992

Год исследования образца

за/ми«» Щ:.] - иитемсиания огроцвноэ

Рис. 3. Динамика по годам микробной биомассы в серой лесной почве

1&ео

Гол «»сслгловаит» о5па~ио

'Ш/И

Обн^м* отроивноя \bjjt - »"¡»«ИСП^ЧМЯ 0?ро««М<»»

Рио. 4. Динамика по годам микробной биомассы Г! СЗрС" ЛЗСМСЯ со

вторым гумусогшм горизонтом

Биомасса микроорганизмов, мг С/100 г

Год исследования оброзио залежи обычней агроивноэ ЕШ - интенеивкий огроцемоз

ю -

В серых лесных почвах при плотности радиоактивного загрязнения 4 Ки/км3 агрогенная нагрузка приводит к близким результатам, однако, закономерность выражена менее четко, что, по-видимому, является следствием большей экологической устойчивости этих почв.

В ряду инициированных микробных сообществ дерново-подзолистых почв с одинаковым радиационным уровнем, но различной агрогенной нагрузкой обнаружена смена доминлнтоа и снижение общего числа видов с 6 до 3. При этом относительно быстрорастущие микромицсты рода Oidiodendron сменяются медленнорастущими микром ицетами родов Chaetomium и Humicoia). Это свидетельствует об увеличении степени олиготрофности почвы, то есть, о некотором ее ухудшении. Кроме того, в почве интенсивного агроценоза доминирующие позиции занимает Pénicillium vermicuiatum, известный как активный фитотоксикант. Наиболее четко эти закономерности проявились в образцах среднедерново-глубокоподзолистой почвы.

Изменение качественного состава инициированных микробных сообществ серой десной почвы при переходе от залежи к агроценозам характеризуются увеличением степени доминирования микромицета Chaetomium sp. и бактерий рода Bacillus, а в такой же почве со вторым гумусовым горизонтом наблюдается и некоторое обеднение видового состава микробного населения: с 6 до 4 видов.

Состояние почвенной микробиоты оценивали по концентрации глюкозы, которая утилизируется в почве без образования фитотоксичных метаболитов. Уменьшение этого параметра под влиянием какого-либо фактора свидетельствует о снижении минерализационных возможностей почвенной микробиоты, что рассматривалось как негативное действие. Результаты этих экспериментов представлены на рисунке 5. Исследуемые

образцы почв на диаграмме сгруппированы та^сим образом, что

«

последовательность их расположения отражает увеличение агрогенной

нагрузки. Видно, что интенсивная агрогеиная нагрузка в подавляющем большинстве случаев приводит к уменьшению критической дозы глюкозы, то есть увеличению потенциальной фитотоксичности почвы. Эта ^^уг^гри'у-г». ч*|че ирокаллСкС.« £ дсрпсз? гт«?.п-,Л'««,ты* «км в более гумусированных серых лесных почвах.

Гидролитическая активность почвенной микроб йоты характеризует "агрессивность" почвы к биополимерам. В предшествующих данному исследованию работах (Вайда, 1991) показано, что увеличение цсллюлозолитической активности почвы коррелирует с ее фитотоксичностыо и со снижением плодородия. 3-ти материалы и положены в основу оценки данного показателя. Результаты исследования этого свойства почв представлены на рисунке 6, где изучаемые образцы почв сгруппированы так же как на предыдущем рисунке. Видно, что п большинстве экспериментов целлюяозолитическая активность почв от залежи к обычному агроценозу увеличивается, чю спидетеиытвусг об ухудшении микробиологических свойств почвы. При переходе к интенсивному эгроцвиозу изменения указанного показателя кенее определенны.

По мнению ряда исследователей численность почвенных беспозвоночных и соотношение их отдельных групп определяет ход почвообразовательного процесса б делом и служит интегральным показателем свойств почвы (Гиляроя, 1965). Результаты данного исследования представлены на рисунке 7. В подавляющем большинстве экспериментов в залежных почвах количество дождевых червей и членистоногих, как взрослых особей, так и личинок-; намного выше, чем в их агрогенных аналогах, то есть агрогенное воздействие снижает этот показатель. Различие мевду обычным и интенсивным агроценозами часто статистически не достоверно.

Рис. 5. Влияние техногенного воздействия на потенциальную фитоксинность дерново-подзолистых и серых лесных почв

Концентрация г/юкоэы. ус/г

15 17 19 NN образцов

■ ср*днм

21 23 24 22 25

Гш'З

наюци

А - средивлермодо-глубаюпмэв'мета* Б - среднедерново-подэслистая. 8 - серая лесная; Г - серая лесная со 2 гум. гор.

Рис. 6. Влияние техногенного воздействия на целлюлоэолитическукз активность дерново-подзолистых и серых лесных почв

Активность, ми рт. ст. /час

3 5 6 10 15 1517 19 21 2324 NN образцов

22 25.

! минмуц

I сравню

мхесюсум

А - срслнелсриово-глубсжогюддалистоя, 6 - среднвдерного-подэогмстая; В - серая лестя; Г - серая лесная со 2 гум. гор.

Рис. 7. Влияние агрогенной нагрузки на численность беспозвоночных в почвах по результатом четырехлетних наблюдений

Количество экз./кв.м

200 л

150

100

Домд»выв Взрослые Личинки Дождевые Взрослые Личинки черви _ _членистоногие нврви _ членистоногие.

?2 3 12 3 12 3

5 2 3 12 3 12 3

среднее г&Я максимум

ь^а минимум

1 - Залежь

2 - Обычный агроивноз ^ _ дерНОво~подзолистые почвы;

3 - Интенсивный агроивноз г •

• -Б - серые лесные почвы

Следует отметить, что общее количество дождевых червей в дерново-подзолистых почвах, наиболее загрязненных радионуклидами, крайне невелико и составляет около двадцати особей на I м2, тогда как обычно в . этих почвах они исчисляются сотнями (Барабашова, 1983). Представляется вероятной прямая зависимость между уровнем радиоактивности почв и численностью дождевых червей. О том же свидетельствует почти полное отсутствие беспозвоночных на ранних стадиях жизненного цикла (коконы и яйца). В литературе также имеются сведения о высокой чувствительности дождевых червей и других беспозвоночных на ранних стадиях их онтогенеза к радиоактивному загрязнению почв (Гиляроз. Кривояуцкий, 1985; Крияолуцкий. 1988). Однако, нельзя полностью исключить действие и других факторов.

Таким образом, при исследовании почв сельскохозяйственных угодий подтверждено положение, ранее установленное в основном а условиях опытно-полевых станций, о том, что интенсивная агрогенная нагрузка оказывает существенное влияние на биологические свойства почаы. Она ведет к снижению содержания суммарной биомассы микроорганизмов, обедняет их видовой состав, вызывает преимущественное развитие олиготрофных и иногда фнтотоксичных микроорганизмов, вызывает повышение целлюлозолитической активности и, наоборот, понижение способности к аэробной утилизации глюкозы, а также значительное снижение численности беспозвоночных животных. Эта закономерность яснее проявляется в дерново-подзолистых, чем в более гумусированных серых лесных почвах.

Следует отметить, что использование даже достаточно широкого набора методов при натурных обследованиях рндиационно загрязненных территорий не позволило оценить влияние данного фактора на состояние почвенной микробиоты, то есть подойти к решению цели настоящей работы. В основном это связано с отсутствием радиационно "чистых"

контрольных вариантов почв. Подобрать новые ключевые участки длч изучаемых почв с аналогично« техногенной нагрузкой было невозможно. Поэтому в качестве контрольных использовали образцы почв, отобранные с тех же ключевых участков до аварии на ЧАЭС и хранившиеся п воздушно-сухом состоянии. Разница мс:::д> мик|»о«н«,тсг:псскнми сиомтпгпг сиежи* и длительно хранившихся образцов для нас очевидна, однако опыт исследований, проводимых в пашей лаборатории, подтверждает правомерность сравнения воздушно-сухих образцов, отобранных со значительными сдвигами во времени, когда это касается исследования споровых культур микроорганизмов, которые и изучались в данной работе.

Сравнение влияния агрегашой нагрузки на биологические свойства почвы до и после радиоактивного загрязнения территории. Анализ результатов полярной ординацин иницнирозатш.ч микробных сообществ из образцов среаиедерково-гяубокоподзолистой почвы, отобракнь!х до и после аварии на ЧАЭС пскашвает (рис. 8). что в интенсивном агроценозе (расстояние между зечками 6 и В) дейстг,;!с радиации в два разя больше, чем ее эффект е абычиоу нгроценозе (рагстоянке между точками 4 и 5). То есть радиационное загрязнение усиливает значимость агрогенной нагрузки.

Близкие результаты получены на образцах среднедсрново-нодзолиетой почвы (ркс. 9) Как и в предыдущем случае, можно полагать, что радиоактивное загрязнение усиливает реакцию микробнош почвы на сельскохозяйственную нагрузку. Последнее иллюстрируемся расположением сообществ парных образцов с различным радиоактивным загрязнением: NN 9 и 10, а также И и 13. Действие радиации проявляется в том, что изменения, происходящие в почве при переходе от залежи к агроценозу примерно в 1,5 раза больше на фоне радиоактивного загрязнения.

Рис. 8. Полярная ордкнаиия по степени сходства микробных сообществ среднвдер-ново-глубокоподэолистой почвы

Различия между вив образцами. %

во -

во -

70 -

во -

50 40 »

30

20 -

10

0

О 10 20 ЭО 40 50 60 70 80 ВО 100 * Различия мем^у 3 и 8 образцом«, %

Зспекь: 3 - 1990 г.; обычный огроиеноз: 4 - 1983г., 5 - 1990г.; интенсивный аг-роценох 6 ~ 1983 г., 8 - 1990 г.

Рис. 9. Полярная ординация по степени сходства амилолитических микробных сообществ среднедермово-подэолистой почвы

Различия между 11 и 13 образцами. Я

ео 60 70 60 50 40

эо го ю о

О 10 20 30 40 50 60 70 60 90 100 Различия между 10 и 13 образцами, %

63г.; 10 - залежь, 1990г.; 11 - иктенсивнуй огроиеноз, 1983г.; 13 - интенсивный огроиеноз, 1990г.

ш

Результаты исследования потенциальной фцтотоксичности почвы, пределяемой по величине критической дозы глюкозы представлены на •1сункс 10. В среднодерново-глубокоподзолнстой почве влияние -рогенной нагрузки в образцах, незагрязненных радионуклидами появляется слабо. Различие между образцами 4 и 6 в незначительной •снени »»ергсрмкягг дзгершелмшй инггриад и вероятие является мало эстоверным. На фоне радиоактивного загрязнения почвы 40 Ки/км3 :йствне возрастающей сельскохозяйственной нагрузки, наоборот, риводнт к достоверному увеличению потенциальной фитотокснчности эчвы. Это выражается а последовательном снижении величины эитнчсской дозы глюкозы при перекоде от залежи (Н 3) к обычному {Ы 5) интенсивному (Ы 8) агроценозам. Близкие результаты получены при жзгедоваиии среднедернозо-подзолистой почьы: незагрязненные образцы и П. загрязненные 10 и 13. где радиоактивность также усиливает эффект ¡сличения интенсивности сельскохозяйственного воздействия. Действие "рогенной нагрузки на фоне радиационного загрязнения дерново-•шелиешх пот (рис. И) также вызывает некоторое увеличение

ЗЛЛЮЛОЗОЛИТИЧеСКОЙ яктчвностн этих почв.

Таким образом, впервые установлено, чго в почвах дерново-здзолнетого типа при плотности радиоактивного загрязнения более ) Ки/км2 но |,7С£ е условиях хронического облучения значительно :иливается негативный эффект интенсивной агрогенной нагрузки ¡еханнческой обработки и использования удобрений на фойе высоких доз гепшкдов) ка микробиологические скойства почвы.

Полярная ординация инициированных микробных сообществ серых-:сных почв (рис. 12, 13) как среднемощнон , так и со зторым гумусовым »рнзонтом позволила обнаружить некоторые различия, связанные савиьш образом с агрогенной нагрузкой. При этом радиационное грязнение, относительно невысокое на данных почвах (4 Ки/км2). не

Рмс. 10. Влияние радиоактивного загрязнения на потенциальную «ритотоксичность дерново-подзолистых поив

Концентрация глокозы, мг/г

ю 8 б 4 1 О

А - средмелерново-гяубокоподзолистоя; Б - среднедернаво-подзолистоя.

Рис. 11. Влияние радиоактивного загрязнения на целлюлоэолитическую активность лврмово-подэолистых почв

NN оброзиов

мюеыум средне« ш

А — среднеяермоэо-глубокоподзолистоя; Б — среднедерново-подзояисюя.

обраэиов

I иидемуи

I ср*анщ

мзксиит

Г9

Рис. 12. Полярная орлинация по степени сходства амилолитических микробных сообществ серой лесной почвы

Различия между 1В и 19 оСрпзиоии * 100,---~- - --

- - I

ю -

о 10 го эо «о зо ео 70 ее во №0

Розличня между 15 и 19 образцами, %

Зале«,: И - 1082г.. 3$ - 1&30 г.; «мй огромемоя: 16 - 1 ЙЭ'гг., М - !Й30г: »-н'-ек. «гроцен-^; 18 - 5 933. 15 - !9!Юг

Рис.13. Полярная орлкнсцня я о степени сходства микробных сообщ&от™ сорзя лчс-ноп почзи со 2 гумусовым горизонтом

РОЗЛи-е*» Йвжлу ц ?3 %

10-г. г '

ЯЗ 70 60 £0 40 30 го ю о

. . , а . _ ________,____________вр

О 1Г- гс П ГО Г', СО СО 100

Роюичи« мгочлу 20 гЦрсииими, Я

Залежь 1990г.: 21- Ад, 22 -[А1А2]; об. огроцеиоз; 20- 1983г., 23- 1330г.; ни. агроиеноз. 1900г.: 24- Ал; 25- [А1А2]

оказало существенного влияния на действие сельскохозяйственной нагрузки.

Увеличение потенциальной фнтотоксичности серых-лесных почв (рис. 14) на фоне радиационного загрязнения проявилось только на подтипе со пторым гумусовым горизонтом и лишь при сравнении обычного агроцемоза до и после аварии на ЧАЭС. Аналогичное ухудшение свойств этих почв (рис. 15) зафиксировано и по изменениям целлюлозолитичсской активности.

Таким образом, в серой лесной почве происходят аналогичные, указанным выше, изменения микробиологических свойств. Однако, если в дерново-подзолистых почвзх эти изменения выражены достаточно определенно и в условиях радиоактивного загрязнения они усиливаются, то в серой лесной почве эти закономерности выражены как тенденции. Последнее может быть связано, наряду с другими факторами, с относительно низкой плотностью радиоактивного загрязнения в изученных серых-лесных почвах, не превышающей 4 Ки/км2 по ,37Cs.

О ашергическом эффекте совместного действия агрогенной нагрузки и радиоактивного загрязнения. В заключении мы попытаемся оценить полученные в работе результаты с позиции их научной новизны и практической значимости. В радиобиологии результат воздействия радиации на биоту оценивается первичными и вторичными радиационными эффектами (Алексахин, 1982). Первые сопровождаются угнетением роста и торможением развития вплоть до полной гибели организмов, вследствие непосредственного влияния на них ионизирующего излучения. Согласно литературным данным прямое действие радиации на почвенные микроорганизмы при остром облучении обнаруживается при экспозиционных дозах, превышающих 100 кР/час (Покаржевский и др., 1993; Clark, Coleman, 1970; Cowley, Martin, Coleman, 1973;, Arunachalam et al., 1974), тогда как в исследуемых почвах эти величины в сотни тысяч раз

Рис. 14. Влияние радиоактивного эогря-

ЗИ8ИИЙ на потенцнсльнук> фИГОТОКСИЧНОСТЬ серы« лесных почв

Концектосиия гт-шп-ы

NN образцов

Ш

А - серой лссмоя;

Б — сзрея «екая со 2 гум. горизонтом.

Рис. 15. Влияние радиоактивного загрязнения на целл&лозолитнчсаскую скт».еш>сть сэры* ЛЗСНЬОС ПОИ8

Акт изноете, ну рт, ст/час

, 151? 19 21 23 24 22 25 NN образцов

с

А - серая лесная;

5

серая лескоп с 2 гум. горизонтом.

меньше. Поэтому обнаруженные нами изменения микробиологических свойств почь не могут быть отнесены к зтойхруппе эффектов.

Однако, в условиях хронического облучения даже сравнительно • невысокие дозы, далекие от уровня летальных, могут приводить к существенным изменениям в биоценозах. Так, на примере сообщества мхов показано перераспределения их видов, сопровождающееся значительным усилением позиций радиоустойчивых популяций при дозах всего 760-9!0 мР/ч (Гудков, 1991). Эти изменения относят к группе вторичных радиационных эффектов и объясняют их рассогласованием функциональных связей между отдельными компонентами сложкоорганизованных биологичШсих систем. Спектр вторичных радиационных изменений в природных биогеоценозах достаточно широк, причем последствия этих нарушений для природных сообществ могут быть важнее, чем прямое радиационное повреждение. Прямое ионизирующее излучение может играть роль лишь начального пускового механизма, а вся последующая цепь нарушений в экосистемах связана со вторичными эффектами (Алексахин, 1982).

Особый интерес представляет совместное действие радиации с другими-антропогенными факторами. Предполагается, что комбинированное воздействие радиации и одного или нескольких антропогенных факторов может изменять степень повреждения живых систем и привести к существенной модификации эффектов, установленных для изолированных факторов. В результате совместное воздействие может увеличить нарушения или уменьшить их. При этом возможны два эффекта • аддитивный, и синергический (Алексахин, 1982; Козьмин и др., 1993). Аддитивный эффект представляет собой простое суммирование воздействия отдельных факторов, а синергический • предполагает превышение окончательных результатов воздействия над суммой его отдельных слагаемых. Следует отметить, что до настоящего времени в

открытой литературе по радиобиологии экспериментальные исследования этих эффектов представлены фрагментарно, а а почвенной микробиологии практически отсутствуют. С другой стороны, очевидна острая необходимость понимания синергизма между действием радиации и другими антропогенными фактор"?-«".

Представляется целесообразным рассмотреть полученные в данной работе результаты как проявление еннергнческого эффекта от совместного воздействия агрогенной нагрузки и радиации. Так как, при натурных обследованиях радиационно загрязненных территории не удается выявить прямого действия радиации на биологические свойства почв (по всем использованным показателям почвы залежей до и после аварии на ЧАЭС практически не различаются), это воздействие определено нами как достоверно незначимое. Собственно агрогешш нагрузка на почву сопровождается значительными изменениями ее биологических свойств и поэтому это воздействие должно быть оценено как значимое. В то »се время экспериментально установлено существенное усиление этого воздействия на фоне радиоактивного загрязнения. Результат совместного влияния упомянутых факторов явно превышает суммарный итог нх раздельного действия, что и позволяет рассматривать его как проявление синергизма.

Таким образом, тучная новизна настоящей работы состоит в том, что на почвах двух типов впервые экспериментально обнаружен сннергический эффект на почвенную биоту от совместного действия агрогенных нагрузок и хронического ионизирующего облучения. Проявление этого эффекта зависит от типа почвы и дозы радиоактивного загрязнения. На менее плодородных дерново-подзолистых почвах при плотности радиоактивного загрязнения более 40 Ки/км1 по '-"Сб этот эффект выражен значнмо. На серых лесных почвах при плотности радиоактивного загрязнения 4 К и/км3 по '"Се можно обнаружить лишь тенденцию к его проявлению. Тем самым, результаты настоящей работы дополнили экспериментальными данными

понятие синергизма в радиоэкологии и впервые экспериментально показали синергическое действие агрогеинон ни грузки совместно с радиоактивным загрязнением на почвенную микробиоту.

Необходимо отметить, что данное заключение сделано на основе экспериментальных исследований, которые осуществлялись в реальных условиях на территориях, загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Для окончательного доказательства наличия упомянутого эффекта следовало бы дополнить их исследованиями, проводимыми в строго фиксированных (модельных) условиях научного опыта. Это позволило бы полностью исключить возможное влияние неизвестных нам факторов. Однако, в рамках данной работы сделать это было практически невозможно.

ВЫВОДЫ

1. При исследовании почв сельскохозяйственных угодий подтверждено положение, ранее установленное в основном в условиях опытно-полевых станций, о том, что интенсивная агрогенная нагрузка оказывает существенное влияние на биологические свойства почвы. Ока ведет к снижению содержания суммарной биомассы микроорганизмов, обедняет их видовой состав, вызывает преимущественное развитие олиготрофных и иногда фитотоксичных микроорганизмов, вызывает повышение целлюдозолитнческой активности и. наоборот, понижение способности к аэробной утилизации глюкозы, а также значительное снижение численности беспозвоночных животных. Эта закономерность яснее проявляется в дсрндво-подзолистых, чем в более гумусированных серых лесных почвах.

2. Установлено, что использование достаточно широкого набора

»

методов при натурных обследованиях радиационно загрязненных

территорий на фоне естественных флуктуации не позволяет выявить прямого действия радиации на биологические свойства почвы.

3. Впервые установлено, что в почвах дерново-подзолистого типа при плотности радиоактивного загрязнения бопер. 40 Ки/км2 по |37С<; п условиях хронического облучения значительно усиливаегся негативный эффект интенсивной агрогенной нагрузки (механической обработки и использования удобрений на фоне высоких доз пестицидов) на микробиологические свойства почвы.

4. В серой лесной почве происходят аналогичные, указанным выше, изменения микробиологических свойств. Однако, если в дерново-подзолистых почвах эти изменения выражены достаточно определенно и в условиях радиоактивного загрязнения они усиливаются, то в серой лесной почве эти закономерности выражены как тенденции. Последнее может быть связано, наряду с другими факторами, с относительно низкой плотностью радиоактивного загрязнения в изученных серых лесных почвах, не превышающей 4 Ки/км2 по "'Се.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Просянников Е. В., Гузев В. С., Просянникова С. П. /Влияние выбросов Чернобыльской АЭС на фоне различной агрогенной нагрузки на биоту почв Брянской области //Межд. сем. "Проблемы смягчения последствий Чернобыльской катастрофы", -ч. II. Россия - Брянск, 1993. - С. 364-367.

2. Гузев В. С., Левин С. В., Просянникова С. П., Просянников Е. В. /Влияние чернобыльских выбросов на микробиоту почв агроэкосистем Брянской области //Радиобиол. съезд. Киев. Тез. докл., ч. I. Пущино, 1993. -С. 285-286.

3. Просянников Е. В., Просянникова С. П. /Влияние агрогенного воздействия на фоне высоких доз радиации на биоту почв Брянского полесья //Радиобиол. съезд. Киев. Тез. докл., ч. III. Пущино, 1993. - С. 839-

4. Просянникова С. П., Просянников Е. В. /Влияние радиоактивного загрязнения и интенсивного земледелия на биоту почв Брянской области //Научные основы работ по реабилитации территории Брянской области: Сб. статей/ЦНИИатоминформ: Москва, 1993. -С. 24-31.

5. Просянникова С. П., Гузев В. С., Просянников Е. В. /Экологические ограничения агрогенного воздействия на почвы, загрязненные Сб-137 //Тезисы докладов Межвузовской* научно-методической конференции. -Ярославль, 1994. - С. 169.

840.