Интенсивность минерализационных процессов в остаточном торфе низинной болотной экосистемы «Таган» в начале ее рекультивации

В.А. Дырин

ИНТЕНСИВНОСТЬ МИНЕРАЛИЗАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОСТАТОЧНОМ ТОРФЕ НИЗИННОЙ БОЛОТНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ «ТАГАН» В НАЧАЛЕ ЕЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

Томский государственный педагогический университет

Выработанные торфяно-болотные почвы содержат в себе еще огромные запасы органического вещества, которое, как известно, является аккумулятором разнообразнейших полезных для растений веществ, что и определяет ценность этих почв при их использовании под сельскохозяйственные угодья. В то же время выращивание растений на торфяноболотных почвах в странах с более теплым, чем в

Сибири, климатом сопровождается сокращением толщины торфяного слоя и даже полным его исчезновением. Это исчезновение торфа, известное под названием «срабатывание», вызывается процессами выветривания, вымывания частиц почвы и т.п., но в первую очередь - чрезмерной биологической минерализацией органического вещества, осуществляемой микроорганизмами торфа [1].

_Ю6-—

Ниже приведены некоторые результаты исследований микробиологической активности в остаточном (метровом) слое торфа выработанного участка указанной болотной экосистемы после 1-7 лет выращивания на нем многолетних злаковых трав (1986— 1992 гг.). Конечная цель исследований - установить интенсивность минерализационных процессов в торфе при многолетнем использовании участка для возделывания сельскохозяйственных культур; это позволило бы дать прогноз относительно изменения органического вещества в подобных почвах Томской области и определить пути его оптимизации.

Исследования проводились по общепринятой методике [2, 3]. Показателями микробиологической активности служили: 1) активность роста микрофлоры на питательных средах (на МПА и КАА); 2) активность каталазы, полифенолоксидазы и пероксидазы. Биохимические показатели микробиологической активности подвергнуты вариационно-статистическому анализу [4]. По микрофлоре приведены средние результаты (по трем повторностям).

Анализ микрофлоры в 1992 г.. т.е. через 7 лет после начала исследований, показал (табл. 1 и 2), что в верхних слоях торфяника численность микроорганизмов на МПА в целом изменилась, но незначительно: в «контроле» и в варианте «И Р Ка» она снизилась, а в варианте «И Р^К » - несколько увеличилась. В то же время в глубжележащих горизонтах (20-40 и 40-60 см) численность указанных микроорганизмов возросла в 2-3 раза; в варианте с «М,0Р60К,;п», в слое 40-60 см, она возросла более чем в 10 раз. Заметно, в сравнении с предыдущими сроками исследований, активизировался рост микрофлоры на КАА. По всем горизонтам число микробных клеток на КАА возросло в 3-4 раза, а в отдельных случаях - в 5 раз. Соотношение микроорганизмов на МПА и КАА в верхних слоях стало примерно одинаковым (а в первый год исследований преобладали микроорганизмы на МПА); в глубжележащих горизонтах это соотношение, как и прежде, осталось в пользу микроорганизмов, произрастающих на МПА.

Самая высокая численность микроорганизмов отмечалась в торфе с остаточным слоем в 1 м (варианты 1,3-5). При этом уровень болотных вод (у. б. в.) в

0.7 м оказался наиболее благоприятным для микрофлоры в нижних горизонтах; в верхних горизонтах микрофлора несколько лучше развивалась при у. б. в. в 1 м. Обращает на себя внимание то, что сдвиг соотношения азотпревращающих микроорганизмов в сторону использующих минеральные формы азота впервые становится заметным в торфе с остаточным слоем 0.5 м (вариант 2). Указанный торф частично перемешан с песчаным грунтом, подстилающим Таганский торфяник. Вероятно, это улучшает физические свойства торфа, что положительно сказывается и на его биологической активности. Благотворное влияние на биологическую активность торфа вноси-

мых в него минеральных грунтов отмечают и другие исследователи [5].

Активность оксидоредуктаз в первые после посева годы (1986-1987) была низкой. Наиболее заметно энзиматические реакции протекали в торфе с остаточным слоем в 1 м. Использование повышенных доз удобрений (М!20 и К[20) активизировало катал азу; обычные их дозы (К60Р60К60) не влияли на активность

Таблица 1

Численность микроорганизмов на МПА и КАА в торфе под травами после 1 года рекультивации

на сентябрь 1986 г.

{млн на 1 г абсолютно сухого торфа)

Вариант опыта Глубина, см МПА КАА

0-20 1.6 0 3

Контроль 20—40 0 8 0.8

(без удобрений) 40-60 0.6 0.4

0-20 2.2 1.1

N50? боКбо 20-40 1.3 1.8

40-60 0.4 0.4

0-20 0.2 0.2

N120-Р 60К120 20-40 0.3 2.5

40-60 1.6 0.8

Примечание: 1) остаточный слой торфа - 1 м, у. б. в. - 1 м; 2) анализировался торф под травосмесью из костра безостого, тимофеевки луговой и овсяницы луговой.

Таблица 2

Численность микроорганизмов на МПА и КАА

в торфе под травами после 7 лет рекультивации на сентябрь 1992 г.

Вариант опыта Глубина, см МІІА КАА

0-20 1.1 1.6

1 20-40 2.9 3.0

40-60 2.0 0.9

0-20 0.9 3.1

2 20-40 0.2 0.5

40-60 0.2 0.1

0-20 0.9 1.2

3 20-40 4.4 0.5

40-60 1.8 1.5

0-20 0.9 1.2

4 20-40 1.1 0.2

40-60 3.0 1.4

0-20 0.7 0.6

5 20-40 0.9 1.6

40-60 4.4 2.4

Примечание. Вариант 1 (контроль): остаточный слой торфа - 1 м. у, б. в. -1 м; вариант 2: остаточный спой торфа - 0.5 и, у. б. в. - 1 м; вариант 3: остаточный слой торфа - 1 м, у. б. в. -0.7 м; вариант 4: остаточный слой торфа -1 м, у. б, в. - 1 м, мвор«К«; ваРиант 5; остаточный слой торфа - 1 и, у. б. в. - 1 и,

Вестник ТГПУ 2003. Выпуск 4 (36). Серия: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ

данного фермента. Максимальное значение катала-зы (4.06 мл 02) наблюдалось в слое 0-20 см в июле в варианте «ТМ,20Р60К]20». С глубиной активность фермента обычно резко падала, за исключением октября, когда продукция 02 в глубжележащих горизонтах была даже выше, чем в верхних. Причина этого, вероятно, та же, что и в случае с микрофлорой, когда в осенние месяцы численность ее бывает большей в нижних горизонтах торфяника, еще не охлажденных. Активность других оксидоредуктаз - пероксидазы и полифенолоксидазы - в начальные сроки исследований была равна нулю.

В последующие сроки исследований (1992 г.) активность оксидоредуктаз увеличилась по всем вариантам (табл. 3). При этом, как и прежде, наибольшие значения, например, каталазы были отмечены в торфе с остаточным слоем в 1 м. В указанные сроки исследований каталазная активность в наибольшей степени зависела от у. б. в. С понижением у. б. в. она возрастала. Например, в июне в торфе с у. б. в. в 0.7 м она в 2 раза была выше по сравнению с торфом, у б. в. в котором равен 1 м. Внесение удобрений в торф незначительно влияло на указанный энзим. Так, в августе, в слое 0-20 см, в торфе с М,СР60К60 количество выделившегося О, было равно 5.1 мл, а в торфе без удобрений (вариант 1) - 4.0 мл О,. В июне в обоих вариантах объемы выделившегося газа при-

мерно одинаковы. Только в сентябре разница между указанными вариантами становится заметной: 3.9 и 0.8 мл 02.

Относительно высокая каталазная активность наблюдается в естественной торфяной залежи. Здесь в июне и июле ее показатели были выше даже по сравнению с удобренным торфом. Только в августе и сентябре активность каталазы уступает таковой в торфе окультуриваемого участка, да и то лишь в самых верхних слоях. Подобное обстоятельство объясняется, вероятно, тем, что в торфе этого участка содержится много корней лесных растений, которые пронизывают весь профиль торфяника (в отличие от возделываемых злаков) и являются дополнительными, помимо микроорганизмов, продуцентами ферментов. В конце лета и осенью, в связи с охлаждением верхних слоев торфа, выделение О, здесь происходит относительно интенсивнее в глубжерасположенных слоях.

В окультуриваемом участке торфяника, в его верхних слоях, осеннее охлаждение происходит не так резко, так как этому препятствует хорошо развитая дерновина злаковых трав, и поэтому здесь сохраняются более благоприятные условия для ферментных реакций.

Во все сроки исследований (с июня по сентябрь) происходило снижение каталазной активности с глу-

Таблица 3

Динамика каталазной активности остаточного торфа «Таган» в 1992 г.

Месяц Глубина, см Вариант, М ± т

1 2 3 4 5

0-20 5.9±0.8 3.0+ 0.4 11.3 ± 1.1 6.1 ± 1.3 8.7 ±2.0

20-40 2.0 ±0.1 1.0+ 0.1 15.0 ±2.0 3.1 ±0.9 4.20 ± 0.05

Июнь 40-60 0.8 ±0.1 0.3 ±0.1 8.6 ±2.3 3.2 ±0.9 2.8 ±0.1

60-80 0.0 0.1 ±0.1 7.0 ±2.2 3.8 ±0.6 _

80-100 0.0 0,0 7.1 ±3.1 1.2 ±0.3 _

0-20 4.1 ±0.4 3.6 ±0.5 5.9+ 1.2 1.60 ±0.05 7.6 ± 1.9

20-40 3.0 ±0.2 1.5 ±0.2 3.0 ±0.2 0.9 ±0.2 5.2 ±2.0

Июль 40—60 0.9 ± 0.2 0.50 ± 0.02 2.9 ±0.1 0.70 ± 0.05 4.8 ±0.3

60-80 0.0 0.0 7.0 ±0.5 0.40 + 0.05 3.20 ±0.02

80-100 0.0 0.0 0.50 ±0.01 0.30 ±0.01 2.00 + 0.05

0-20 4.0 ± 0.4 3.1 ±0.4 8.2 ±1.7 5.1 ± 1.2 3.10 ±0.05

20-40 1.8 ±0.1 0.9 ±0.1 4.3 ±1.1 4.20 ± 0.02 3.2 ±0.1

Август 40-60 0.9 ±0.1 0.80 ± 0.05 4.0 ±1.0 3.1 ±0.4 3.0 ±0.9

60—80 0.5 ± 0.2 0.5 ±0.1 3.8 ±0.5 1.30 ±0.05 3.20 ±0.05

80-100 1.0 ±0.1 0.5 ± 0.1 2.00 ±0.03 0.90 ± 0.03 2.6 ±0.2

0-20 0.8 ± 0.2 1.2 ±0.3 3.5 ±1.1 3.9 ± 1.0 0.80 ±0.01

20-40 0.7 ±0.1 0.9 ±0.1 4.8 ± 1.5 2.7 ±0.6 0.0

Сентябрь 40-60 0.0 0.0 4.5 ± 1.3 0.20 ± 0.05 1.3 ±0.1

60-80 0.0 0.0 4.6 ± 1.4 0.20 ± 0.02 1.00 ±0.02

80-100 0.0 0.0 0.0 0.0 0.90 ±0.01

Примечания. Вариант 1: у. б. в. - 1 м, остаточный слой торфа - 1 м; вариант 2: у. 6. в, - 1 м, остаточный слой торфа - 0.5 и; вариант 3: у, б. а. - 0.7 м, остаточный слой торфа - 1 м; вариант 4: у. б. в. - 1 м, остаточный слой торфа - 1 м, М60 Ри Км; вариант 5: естественная залежь.

биной. При этом в торфе с у. б. в. 0.7 м и в естественной залежи она снижалась постепенно. В первом случае это объясняется, очевидно, лучшими условиями водно-воздушного режима, создавшимися при пониженном стоянии болотных вод, во втором случае - ярусным распределением корневой системы лесных растений в торфяной толще. В августе постепенное снижение активности каталазы наблюдалось уже по всем вариантам опыта. Очевидно, к концу лета прогрелись и нижние слои, а верхние охладились, что и привело к выравниванию условий по всей метровой толще торфяника.

При определении пероксидазной и полифенолок-сидазной активности в 1992 г. максимальные их значения (соответственно 3.87 и 4.08 мл 1,на 100 г абсолютно сухого торфа) были зафиксированы в июле на глубине 0-20 см в торфе, содержащем песчаный компонент. Как уже отмечалось, в этом варианте наблюдается и заметное увеличение числа микроорганизмов на КАА. Влияния удобрений на эти энзимы в указанные сроки исследований не наблюдалось.

Выводы

1. Возделывание злаковых трав положительно сказалось на микрофлоре остаточного торфа выработанного участка болотной экосистемы «Таган». Наиболее зачетно ооет микрофлоры на питательных сред 1лся в первый год рекультивации

под . добрейий.

2. Через 7 лет численность микроорганизмов изменилась незначительно в верхнем горизонте (0— 20 см) и существенно увеличилась в глубжерасполо-женных. Наиболее заметным был рост численности микроорганизмов, использующих минеральные источники азота. Это свидетельствует о возрастании активности минерализационных процессов по всей толще остаточного торфа.

3. Численность микроорганизмов была наибольшей в торфе с остаточным слоем в 1 м по сравнению с торфом толщиной 0.5 м (перемешанным с песчаным грунтом). В то же время в последнем преобладала микрофлора, трансформирующая минеральные формы азота; это свидетельствует о большей скорости минерализационных процессов в указанном торфе.

4. Влияние у. б. в. на активность микроорганизмов было различным: при у. б. в. в 1 м микроорганизмы лучше развивались в слое 0-20 см, а при у. б. в. в 0.7 м - в глубжерасположенных слоях.

5. Оксидоредуктазная активность остаточного торфа также возросла в процессе его окультуривания. Активность каталазы была наибольшей в торфе толщиной в 1 м при у. б. в. в 0.7 м, а активность перок-сидазы и полифенолоксидазы - в торфе с остаточным' слоем в 0.5 м при у. б. в. в 1 м.

В делом активность оксидоредуктаз, особенно двух последних, характеризуется небольшими показателями, что свидетельствует о невысокой скорости распада и синтез. “ - ^ских веществ в исследуемом торфе за у.-' .... зше период.

Литература

1, Зименко Т.Г, Микрофлора торфа и ее изменения при окультуривании торфяников // Проблемы использования торфяных ресурсов Сибири и Дальнего Востока в сельском хозяйстве. Новосибирск, 1983,

2, Аникиев В.В., Лукомская КА Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М., 1977,

3, Хазиев Ф.Х, Ферментативная активность почв. М., 1976,

4, Федоров А,И, Методы математической статистики в биологии и опытном деле, Алма-Ата, 1967.

5, Колешко О.И., Иванов Н.П. Влияние оптимизации мелиорированных торфяно-болотных почв на развитие микроорганизмов и урожай растений // Микробиологические процессы в почвах и урожайность сельскохозяйственных культур. Вильнюс, 1986,