ВЛИЯНИЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЛАБОРАЗВИТЫХ ПОЧВ ГОРНЫХ
ОТВАЛОВ КМА
Горное производство по характеру своего воздействия на окружающую среду является одним из наиболее масштабных, долговременных и трудноустранимым. Как правило, негативные последствия горнодобывающей деятельности сказываются на состоянии почвенного покрова, растительного и животного мира, в конечном счете, на здоровье человека. В районах добычи полезных ископаемых, особенно открытым способом, значительные площади заняты отвалами горных пород вскрышной толщи, на которых развивается начальный этап почвообразования. Изучение условий почвообразования в техногенных ландшафтах помимо теоретических задач преследует также и чисто практические цели: найти оптимальные условия для жизнедеятельности вновь поселяющихся фито- и зооценозов, а с ними определить и способы, ускоряющие процессы почвообразования и восстановления плодородия нарушенных земель.
При появлении первых низших и высших растений на отвалах вскрышных пород формируются альгоценозы и микробиоценозы. Они участвуют в процессах деструкции, трансформации и минерализации органического вещества и благодаря своей ферментативной системе способствуют формированию “молодых почв”. Как показывают многочисленные исследования, процесс первоначального возникновения фитоценозов протекает через ряд последовательных стадий. В начале появляются растения – пионеры, из которых формируются сообщества, эволюционизирующие через разнотравно- и бобовозлаковые в злаковые ценозы.
Изучение процессов естественного зарастания отвалов и почвообразования свидетельствует об одновременности их возникновения, согласованности, синхронности и взаимозависимости. Формирующиеся почвы характеризуются карликовостью почвенного профиля.
Ферментативная активность характеризует размеры и направление процессов превращения веществ и энергии в природных экосистемах. Поэтому этот показатель имеет не меньшее значение, чем химический состав и физические свойства почвы. На самозарастающих отвалах горных пород юрского периода были выделены следующие участки: 1) без растительности; 2) моховая растительность; 3) береза с разреженным травянистым покровом; 4) рекультивированный участок. Рекультивацию осуществляли с помощью внесения мела для снижения кислой реакции среды субстрата, и проводился посев многолетних трав.
Полученные данные показывают, что современные процессы почвообразования в техногенных экосистемах протекают весьма активно. Инвертазная, протеазная и уреазная активность рекультивированных участков была значительно выше, чем на участках самозарастания (рис.1, 2, 3).
Отличий между активностью этих ферментов на самозарастающих участках, но с разной растительностью нами не было выявлено.
Рис.1. Инвертазная активность слаборазвитых почв,
сформировавшихся на юрских отвалах КМА
Рис. 2. Протеазная активность слаборазвитых почв,
сформировавшихся на юрских отвалах КМА
Рис. 3. Уреазаная активность слаборазвитых почв,
сформировавшихся на юрских отвалах КМА
Иная картина сложилось с фосфатазной активностью почвы. Так, общая фосфатазная активность была достаточно высокой на всех исследуемых участках, кроме участка без растительности, на котором она была ниже (рис.4). Это можно объяснить очень кислой реакцией рН=2,0, которая ингибировала активность как щелочной так и кислой фосфатазы.
Рис. 4. Фосфатазная активность слаборазвитых почв,
сформировавшихся на юрских отвалах КМА
Проведенные исследования свидетельствуют о высоких темпах экогенеза техногенных экосистем. В молодых почвах 20-летнего возраста активизируются биохимические процессы превращения органических и минеральных компонентов. В наибольшей степени это проявляется при рекультивации отвалов нижнего волжского яруса юрского периода.
УДК 595.142.34:633.11»324»:631.95
А. А. Рязанова, аспирант
ФГОУ ВПО «Воронежский госагроуниверситет»
ДОЖДЕВЫЕ ЧЕРВИ – ЗВЕНО ДЕТРИТНОЙ ПИЩЕВОЙ ЦЕПИ
Одними из основных организмов детритной пищевой цепи являются дождевые черви. В пределах Воронежской области в почве встречаются представители семейства Lumbricidae, количество которых на данной территории насчитывает 27 видов, относящихся к 9 родам.
Дождевые черви изменяют состав почвы, улучшают ее структуру и свойства, повышают плодородие. Урожайность некоторых культурных растений порой напрямую зависит от их деятельности. Велико их значение и в естественных биоценозах. Являясь детритофагами, они активно участвуют в круговороте веществ. Также следует отметить, что дождевые черви способны накапливать в телах радионуклиды и тяжелые металлы из среды обитания и перемещать их в глубинные слои почвы.
Особенно велик вклад дождевых червей, которые захватывают частички опада и перегноя, измельчают их и перерабатывают в кишечном тракте. В минерализации органики участвуют живущие в кишечниках дождевых червей аммонифицирующие микроорганизмы, в результате разложение содержащих азот органических соединений идет до аммиака. Переваренная масса в виде копролитов выбрасывается на поверхность почвы. В копролитах содержится кальция и гумуса в 2 – 2,5 раза больше, чем в основной массе почвы. Выделенный червями углекислый кальций нейтрализует кислоты, поэтому кислотность выбросов ниже, чем почвы. Копролиты в 1,5 раза более водопрочны, чем частички почвы, не прошедшие через кишечный тракт дождевых червей. Земляные черви, затаскивая в почву органику и вынося на поверхность продукты переработки, перемешивают почву. Объем этой деятельности поражает: черви выносят на поверхность до 25 – 40 т/га обогащенной почвы. Результатом деятельности червей является микродренаж почвы – их ходы, каналы с укрепленными выделениями стенками могут достигать 1 км на 1 м2 поверхности почвы.
Что касается количества дождевых червей в почве, то оно сильно изменяется в зависимости от характера места, кислотности почвы и ее влажности, достигая в наиболее благоприятных условиях 800 – 1000 экз./м2, в среднем же колеблется от нескольких десятков до 2 – 3 сотен.
Проведенные исследования позволяют судить о том, что на плотность популяции дождевых червей в агроценозе озимой пшеницы в весенне-летний период существенное влияние оказывали прилегающие территории и климатический режим
(см. табл.).
Численность и биомасса дождевых червей в ПБК, 2006 - 2008 гг.
Прилегающие экосистемы
|
IV этап
|
VIII этап
|
XII этап
|
экз./м2
|
г/м2
|
экз./м2
|
г/м2
|
экз./м2
|
г/м2
|
Сад, 30 – 40 м *
|
44,7
|
44,6
|
40,0
|
39,6
|
37,3
|
36,5
|
Лесополоса, 30 – 40 м
|
66,0
|
65,6
|
61,3
|
60,8
|
58,7
|
58,0
|
Лес, 30 – 40 м
|
68,0
|
67,3
|
64,0
|
63,2
|
61,3
|
60,4
|
Притеррасная часть поймы, 150 – 200 м
|
84,0
|
83,4
|
79,3
|
78,4
|
76,7
|
76,2
|
Поле ячменя, 100-150 м
|
34,7
|
33,9
|
30,7
|
29,9
|
26,0
|
24,8
|
* Расстояние от экотона, м
Весной на IV этапе органогенеза озимой пшеницы наибольшие численность и биомасса дождевых червей отмечены на участке поля, прилегающем к притеррасной части поймы, – 84,0 экз./м2, 83,4 г/м2, что выше участков поля, прилегающих к лесу, на 19,0 и 19,3 %, лесополосе на 21,4 и 21,3 %, саду на 46,7 % и 46,5 %, полю зерновых культур – на 58,7 и 40,6 % соответственно.
Для характеристики эффективности работы дождевых червей число особей не очень показательно, так как между особями разного возраста в пределах одного вида имеются очень большие различия в размерах, поэтому обязательно следует учитывать массу дождевых червей в экосистеме.
Наибольшие численность (38 - 88 экз./м2) и биомасса люмбрицидов (37,6 - 86,1 г/м2) в агроценозе озимой пшеницы отмечены независимо от прилегающих экосистем в 2008 г., когда в марте - апреле выпадали обильные осадки и наблюдался высокий температурный режим соответственно.
Известно, что чем выше температура почвы при достаточном минимуме влажности, тем интенсивней обмен веществ у червей, тем больше их масса. Это объясняется тем, что с повышением температуры среды возрастает температура тела червей, а отсюда и темп всех физических и химических процессов в их клетках. Засушливая весна после очень холодной зимы обусловливает массовую гибель люмбрицидов.
К VIII этапу органогенеза озимой пшеницы численность дождевых червей снижалась до 30,7 - 79,3 экз./м2, а биомасса – до 29,9 - 78,4 г/м2, что меньше в сравнении с IV этапом органогенеза на 5,6 - 11,5 % и 6,0 11,8 % соответственно.
Самые низкие численность и биомасса люмбрицидов наблюдались в 2006 г. и составляли 28 – 74 экз./м2 и 26,9 – 73,3 г/м2 соответственно, когда в апреле - мае наблюдался дефицит осадков – почти в 2 раза ниже среднемноголетней нормы.
При дефиците осадков численность и активность дождевых червей в верхних слоях почвы резко сокращаются. Они опускаются глубоко в почву и впадают в пассивное состояние: перестают питаться, свертываются в клубок, все их жизненные функции приостанавливаются. Слизистые выделения их кожных желез образуют толстую пленку: если почва высыхает, то эта пленка превращается в твердую оболочку, и червь оказывается заключенным в капсулу. Свертывание в клубок и образование капсулы способствуют сохранению необходимого минимума влаги и уменьшают теплоотдачу.
Независимо от сложившегося климатического режима максимальная численность и биомасса люмбрицидов отмечены в агроценозе озимой пшеницы со стороны притеррасной части поймы – 74 - 84 экз./м2 и 73,3 - 82,3 г/м2, что выше других вариантов на 19,3 - 61,3 % и 19,4 - 61,9 % соответственно.
К уборке озимой пшеницы численность и биомасса дождевых червей снизились незначительно и максимальными были также со стороны притеррасной части поймы – 72 - 80 экз./м2 и 72,4 - 79,3 г/м2, превышая другие варианты на 20,1 - 66,1 % и 20,7 - 67,5 % соответственно.
Люмбрициды избегают высоких температур. При 23С наблюдается уже стремление к более прохладным условиям, а при еще более высокой температуре черви быстро гибнут.
Дождевые черви питаются отмершими частями растений или богатой перегноем почвой, содержащей детрит, бактерии, водоросли, грибы и их споры, простейших и нематод. Микрофауна полностью переваривается, и поэтому в противоположность микрофлоре отсутствует в копролитах червей.
Основной источник пополнения органического вещества почв – это органические остатки. Количество органических остатков, поступающих в почву в агроэкосистемах, по сравнению с природным в 2 - 8 раз ниже в зависимости от культуры, урожая и системы удобрений.
Свежее органическое вещество поступает в детритную пищевую цепь в течение вегетации озимой пшеницы за счет гибели растений благодаря внутривидовой и межвидовой конкуренции, смены состава сегетальных растений. В целом сезонная динамика состава агроценоза озимой пшеницы сходна с сезонной изменчивостью природных экосистем (лугов).
Снижение численности червей в почве агроценозов по сравнению с естественными экосистемами объясняется, прежде всего, меньшим количеством органических материалов, поступающих в почвенно-биотический комплекс (практически один раз в год). К тому же интенсивная обработка почвы, использование пестицидов и других токсикантов действуют на них угнетающе и снижают плотность популяции.
УДК 635.112:632
О.В. Захарова, аспирант
ФГОУ ВПО «Курганская госсельхозакадемия»
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА
В ЗАЩИТЕ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ ОТ КОРНЕЕДА
Корнеед свеклы - одна из наиболее распространенных и вредоносных болезней свеклы. С точки зрения этиологии развития эта болезнь является объектом изучения многих исследователей. Несмотря на высокую эффективность современных химических протравителей семян проблема защиты всходов от корнееда остается до конца нерешенной [4, 5].
Применение регуляторов роста в свекловодстве представляет научный и практический интерес, о чем свидетельствуют многочисленные исследования в этой области. Выявлен положительный эффект при применении регуляторов роста в критические фазы онтогенеза свеклы в отношении ее продуктивности [1, 2]. При использовании регуляторов роста наряду с ростостимулирующим действием отмечено повышение устойчивости к болезням [6].
Нами было изучено влияние биопрепарата Мивал-Агро на поражаемость корнеедом столовой свеклы сорта Детройт.
Полевые исследования проводились в 2008 году на ботаническом участке КГСХА. Посев проводили 1 июля с нормой высева 400 клубочков на 1,0 м2, на глубину 4 см. Перед посевом клубочки обрабатывали биопрепаратом Мивал-Агро в следующих концентрациях: 0,0125; 0,025; 0,05 и 0,1%. Наложение опыта двухъярусное, размещение делянок систематическое. Повторность четырехкратная. Общая площадь делянки 1,5 м2, учетная площадь – 1,0 м2. Учет развития корнееда на посевах проводился в фазу вилочки.
Исследования показали, что наиболее эффективной является обработка 0,1 % раствором препарата (см. табл.). Они меньше всего поражены, о чем говорят показатели развития, распространения и значения критерия адаптивности. В группу плюс-адаптивных, кроме того, входят растения варианта 0,05 %, однако значение критерия адаптивности здесь ниже. Распространенность корнееда столовой свеклы снижается во всех вариантах обработки препаратом по сравнению с контролем. Если в контроле распространенность болезни достигала 30,9 %, то в вариантах применения препарата при различном разведении – от 18,4 до 23,9 %. Эффективность при этом составляла от 22,7 до 40,5 %.
Эффективность препарата Мивал-Агро в отношении корнееда столовой свеклы сорта Детройт (КГСХА, 2008 г.)
Вариант
|
Параметры корнееда
|
Эффективность, %
|
развитие, %
|
распространенность, %
|
критерий адаптив-ности (Ка*)
|
распространенность
|
критерий адаптив-ности (Ка)
|
Контроль
(без обработки)
|
16,1
|
30,9
|
2,0
|
-
|
-
|
Растворы
Мивал-Агро, %
|
|
|
|
|
|
- 0,1
|
7,9
|
18,4
|
2,4
|
40,5
|
20
|
- 0,05
|
11,5
|
23,9
|
2,1
|
22,7
|
5
|
- 0,025
|
10,5
|
20,9
|
2,0
|
32,4
|
-
|
- 0,0125
|
11,5
|
22,4
|
2,0
|
27,5
|
-
|
*Критерий адаптивности (критерий А.П. Голощапова) – это отношение распространенности к развитию
В порядке обсуждения отметим, что если критерий адаптивности (Ка) ниже 2,0, это означает минус-адаптивность, а плюс-адаптивность находится в пределах от 2 до 3, однако нами приведены градации для свеклы: низкая адаптивность – 2-2,3; средняя – 2,4-2,7; высокая – 2,8-3,0.
При повышении концентрации растворов препарата Мивал-Агро адаптивность растения к болезни повышается, что доказано при коэффициенте r=0,52±0,1 и выражено уравнением регрессии, y=1,8+6,1х. Между развитием корнееда и концентрацией препарата существует криволинейная зависимость.
Таким образом, можно сделать вывод, что биопрепарат Мивал-Агро весьма положительно действует на резистентность столовой свеклы к корнееду. Наиболее эффективной является обработка 0,1 % раствором препарата.
Список литературы
1. Бамберг К.К., Балоде А.А. Влияние протравливания и опудривания семян микроэлементами на полевую всхожесть и урожай. - Рига., 1961. - С. 319-335.
2. Власюк П.А., Дарменко М.С., Кошлак Л.А. Предпосевное обогащение семян сельскохозяйственных культур микроэлементами и ростактивизирующими веществами. - М.: Наука, 1964. - С. 113-121.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. – М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
4. Запольская Н.Н. От чего зависит развитие корнееда сахарной свеклы \ Н.Н. Запольская, Е.Н. Шендрик \\ Защита и карантин растений. - 2006. - №1. - С. 30-31.
5. Кисиль Н.В. Защита сахарной свеклы от корнееда / Н.В. Кисиль // Защита и карантин растений. - 2005. - №12. -
С. 22-23.
6. Матевосян Г.Л. Регуляция роста, развития и продуктивности столовой свеклы // Агрохимия. – 2006. - №9. – С. 82-92.
УДК 543.061:547.281.1
А.А. Звягин, аспирант
Д.В. Ненахов, аспирант
С.Н. Корчагина, аспирант
ФГОУ ВПО «Воронежский госагроуниверситет»
СЕЛЕКТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМАЛЬДЕГИДА
В ВОЗДУХЕ ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫМИ СЕНСОРАМИ
С ПОКРЫТИЯМИ ИЗ ПРИРОДНЫХ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Химические газовые сенсоры находят все более широкое применение для определения в воздухе токсичных веществ. Одной из важных практических задач является определение формальдегида. Формальдегид оказывает токсическое действие, вызывает поражение центральной нервной системы и т.д. [1]. Экспрессное определение концентрации формальдегида в воздухе заводских помещений является сложной проблемой, которая пока не нашла своего оптимального решения.
Кварцевые пьезосенсоры имеют высокую чувствительность в достаточно широком интервале концентраций и соответственно низкие пределы обнаружения [2,3]. Однако эти качества могут быть реализованы при условии успешного выбора сорбента в качестве материала газочувствительного слоя.
Высокая чувствительность подобных сенсоров сопряжена с недостаточной стабильностью, обусловленной небольшой величиной молярной массы выбранных сорбентов, низкой адгезией к поверхности электрода кварцевого резонатора. Колебания пьезокварцевого резонатора приводят к десорбции сорбентов с поверхности электрода, то есть к разрушению газочувствительного слоя. Использование синтетических полимеров, имеющих высокую адгезию к твердой поверхности, не оправдано ввиду их недостаточно высокой сорбционной активности. В данной работе была поставлена задача поиска высокомолекулярных соединений, имеющих функциональные группы, способные эффективно взаимодействовать с формальдегидом, для которых высокая сорбционная активность сочетается с долговременной стабильностью газочувствительного слоя. Интерес вызывает использование природных высокомолекулярных веществ, которые содержат функциональные группы, способные к специфическим формам хемосорбции формальдегида. Одним из таких материалов являются гуминовые кислоты (ГК). Они построенны в основном из остатков фенилкарбоновых кислот с привитыми к ней боковыми углеводными и белковыми фрагментами [4,5]. Молекулы ГК содержат карбоксильные группы, связанные с ароматическими и алифатическими фрагментами, а также фенольные и спиртовые гидроксогруппы.
Кроме того, представляет интерес использование различных пектинов, которые содержатся в растительных продуктах. Основу пектинов составляют цепи поли-β-галактуроновой кислоты [6], при этом часть карбоксильных групп этерифицирована. Наличие в их молекулах большого количества гидроксо-групп позволяет предположить проявление специфических форм хемосорбции формальдегида.
Для изготовления сенсоров были использованы кварцевые резонаторы, на поверхность электродов которых были нанесены растворы гуминовых кислот и пектинов. Стабилизация показаний сенсора в результате высыхания газочувствительного слоя наблюдалась примерно через сутки после его нанесения.
Разработанный прибор позволял регистрировать частоту десяти сенсоров одновременно, выводить эти показания в режиме on-line в компьютер, фиксировать и обрабатывать. Сенсоры были установлены в проточной ячейке, через которую продувался воздух или газовые смеси. Аналитическим сигналом являлось изменение частоты колебаний сенсора в результате замены воздуха на газовую смесь.
Причиной высокой чувствительности является специфическое взаимодействие спиртовых гидроксильных групп сорбентов с формальдегидом, приводящее к образованию полуацеталей или ацеталей [9].
Более высокая чувствительность сенсоров с покрытием на основе пектинов может быть связана с большим относительным количеством спиртовых гидроксилов в молекуле. Перекрестная чувствительность по ацетону, этанолу, гексану, толуолу и хлороформу сенсоров на основе пектинов не превышает 1 %, что позволяет проводить его селективное определение. В таблице представлены пределы обнаружения формальдегида пьезорезонансными сенсорами.
Пределы обнаружения формальдегида превышают его ПДК [1], однако использование таких сенсоров позволяет проводить контроль газовой среды при выбросах формальдегида, а также на производственных участках, где его локальная концентрация высока.
Пределы обнаружения формальдегида кварцевыми пьезосенсорами с газочувствительными слоями на основе высокомолекулярных сорбентов
Материал газочувствительного слоя
|
Предел обнаружения, мг/м3
|
ГК
|
Не очищенные электродиализом
|
102±12
|
Очищенные электродиализом
|
19,9±2,6
|
Пектины
|
Яблочный
|
19,4 ±2,1
|
Цитрусовый
|
15,2±1,9
|
Свекловичный
|
7,8±0,8
|
Рябиновый
|
13,4±2,5
|
Большинство сорбентов позволяет выдерживать 10-50 циклов сорбции формальдегида с последующей десорбцией [10]. Применение сорбентов на основе гуминовых кислот и пектинов позволило увеличить количество циклов сорбции и десорбции формальдегида до 100-300.
Список литературы
1. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды. – М., 1991.
2. Эггинс Б. Химические и биологические сенсоры. – М.: Техносфера, 2005. – 336 с.
3. Каттралл Р.В. Химические сенсоры. – М.: Научный мир, 2000. – 124 с.
4. Орлов Д.Е. Химия почв. – М.: МГУ, 1992. – 400c.
5. Stevenson F.J. // Humus chemistry. – 1982. – B3. –
P. 38-43.
6. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов. – М.: ДеЛи, 2000. – 256 с.
7. Зырин Н.Г. Физико – химические методы исследования почв. – М.: МГУ, 1980. – 382 с.
8. Иониты. Каталог / НИИТЭХИМ, 1975.
9. Каррер А.В. Курс органической химии. – Л.: Госхимиздат, 1962. – 1216 с.
10. Кудинов Д.С. Диссертация на соискание ученой степени канд. хим. наук. – Краснодар: КубГУ, 2005. – 150 с.
УДК 631.467:635.116
|
