Оценка экологического состояния почв полуострова Муравьева-Амурского (стр. 1 )

На правах рукописи

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ

ПОЛУОСТРОВА МУРАВЬЕВА-АМУРСКОГО

03.02.13 ‑ почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Владивосток – 2012

Работа выполнена в лаборатории почвенных ресурсов Учреждения Российской академии наук Биолого-почвенного института Дальневосточного отделения РАН

Научный руководитель:	кандидат сельскохозяйственных наук, профессор
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, профессор кандидат биологических наук
Ведущее учреждение:	Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, г. Хабаровск
Защита состоится 7 февраля 2012 г. в 10.00 часов в читальном зале библиотеки института на заседании диссертационного совета К 005.003.01 при Биолого-почвенном институте ДВО РАН г. Владивосток-22, проспект 100-летия Владивостока, 159. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять г. Владивосток-22, проспект 100-летия Владивостока, 159 , ученому секретарю диссертационного совета. Факс: (42 С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ДВО РАН. Автореферат разослан «22» декабря 2011г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к. б.н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полуостров Муравьева-Амурского является местом наибольшей концентрации и активности человеческой деятельности в Приморском крае и нуждается в постоянном отслеживании изменений основных параметров экологического состояния почв. Предыдущие исследования этой территории (Соловьев, 1935; Иванов, 1965; Костенкова, 1980; Пшеничников, Пшеничникова, 2002) охватывали почвы, не подверженные антропогенному воздействию (с естественным почвенным профилем), и не изучались ранее почвенные микроорганизмы (за исключением микромицетов (Егорова, 1978)).

Экологическая оценка любой территории должна основываться на использовании системного подхода, при котором учитываются как физико-химические свойства почв, так и структура микробных сообществ. Особенно это актуально для территорий, подверженных сильному антропогенному стрессу (к которым относятся городские земли), где почва приобретает совершенно другие свойства и, следовательно, начинает выполнять другие экологические функции (Почва, ..., 1997). Городские почвы значительно отличаются от внегородских территорий по своим морфогенетическим признакам и физико-химическим свойствам. Преобладающим фактором почвообразования в городах становится антропогенное воздействие. В результате формируются специфические типы почв и техногенные поверхностные образования.

Для оценки экологического состояния почв городских территорий необходимо изучение эталонных (фоновых) образцов ненарушенной природы со стабильными биологическими сообществами, чтобы иметь возможность выявить степень разрушения их при различного рода антропогенных воздействиях. Микроорганизмы – наиболее чуткие индикаторы таких нарушений. Разработка почвенных биоиндикаторных экологических методов в программе почвенного мониторинга – одно из перспективных направлений в современном почвоведении.

В связи с этим предпринятая оценка экологического состояния почв полуострова Муравьева-Амурского, испытывающего антропогенный стресс, является первым шагом к организации почвенно-экологического мониторинга на этой территории.

Цель работы: оценить экологическое состояние почв полуострова Муравьева-Амурского при различной степени антропогенного воздействия.

Задачи: 1. Выявить общие факторы формирования почв на полуострове и выделить основные категории почв и техногенных образований на этой территории.

2. Определить влияние антропогенного воздействия на физико-химические свойства почв.

3. Дать сравнительную характеристику численности микроорганизмов и определить таксономическую структуру бактериальных и микромицетных комплексов в буроземах, абраземах и техногенных поверхностных образованиях полуострова.

4. Разработать систему показателей для оценки экологического состояния почв полуострова Муравьева-Амурского.

Научная новизна:

1. Впервые применен комплексный подход для изучения влияния антропогенного воздействия на свойства почв полуострова Муравьева-Амурского, заключающийся в одновременном изучении как физико-химических свойств, так и проведении детального микробиологического обследования буроземов, абраземов и ТПО.

2. Впервые определены численность микроорганизмов разных трофических групп и таксономическая структура бактериальных и микромицетных комплексов в буроземах, абраземах и техногенных поверхностных образованиях полуострова.

3. Охарактеризовано фоновое состояние и проведена экологическая оценка почв и ТПО полуострова, что особенно значимо в связи с усилением антропогенного пресса в результате постоянного расширения городской территории.

Защищаемые положения: Под влиянием человеческой деятельности трансформируется естественный природно-обусловленный профиль почв и, как следствие, их физико-химические параметры.

В результате изменения морфогенетических признаков и физико-химических свойств почв происходит перестройка структурно-функциональной организации микробоценозов.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы как исходные базовые (фоновые) для почвенно-экологического мониторинга полуострова Муравьева-Амурского и аналогичных территорий, а также для разработки методических рекомендаций по допустимым антропогенным нагрузкам. Полученные материалы могут быть использованы в учебном процессе ВУЗов.

Материалы, изложенные в диссертационной работе, являются итогом исследований, проведенных лично автором в 2001 – 2011 г. г. в лаборатории почвенных ресурсов БПИ ДВО РАН и связаны с выполнением темы НИР отдела почвоведения «Почвы ДВ России, их пространственно-временная организация, генезис, экология и эволюция» регистрационный № 01.2..

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на научном симпозиуме «Почвы приокеанических экосистем» (Владивосток, ДВГУ 2000); на V Дальневосточной конференции по заповедному делу (Владивосток, 2001); на международной конференции «Растения в муссонном климате» (Владивосток, 2003); на научной конференции «Генезис, классификация и экологическое состояние почв ДВ» (Владивосток, 2003); на научной конференции «Микробиологические особенности биогеохимии, генезиса, плодородия, мониторинга и санации почв ДВ России» (Владивосток, 2004), на VIII Межвузовской научно-практической конференции «Молодые ученые – агропромышленному комплексу Дальнего Востока» (Уссурийск, 2008); на конференции с международным участием «Растения в муссонном климате» (Владивосток, 2009), на I Международных Беккеровских чтениях (научно-практическая конференция) (Волгоград, 2010).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ (3 статьи в ведущих рецензируемых журналах из списка ВАК).

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и двух приложений. Работа изложена на 166 страницах печатного текста содержит 13 таблиц и 8 рисунков. Список литературы включает 223 источников, из них 53 на иностранных языках.

Благодарности: Автор выражает благодарность своему руководителю к. с.-х. н., профессору, зав. лаб. почвенных ресурсов и к. б.н., с. н.с. за практические советы и помощь в работе. Особую благодарность автор выражает сотрудникам лаб. почвенных ресурсов БПИ ДВО РАН к. б.н., с. н.с. и к. б.н., н. с. , д. б.н., в. н.с. зав. лаб. низших растений БПИ ДВО РАН , а также сотрудникам кафедры биологии почв МГУ им. к. б.н., в. н.с. и к. б.н., с. н.с. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I Обзор литературы

В главе освещены следующие вопросы: 1) история изучения и разработка теоретических основ учения о городских экосистемах и о роли в них почвы; 2) признаки урбогенеза – загрязнение почв веществами антропогенного происхождения; 3) санитарно-гигиенические функции почв; 4) физические и физико-химические свойства почв; 5) роль растительности в городской среде; 6) роль микроорганизмов и особенности микробных сообществ; 7) задачи санитарно-гигиенического мониторинга; 8) необходимость почвенно-экологической оценки урбанизированных территорий.

Глава II Объекты и методы исследований

2.1 Климат

Территория полуострова входит в климатическую область муссонов умеренных широт. Для него характерно: малоснежная солнечная зима с резкой сменой суточных температур, глубоким промерзанием почвы; низкая влажность воздуха в зимне-весенний период и наоборот очень высокая ‑ в летний, холодная затяжная весна. Летний период характеризуется сильными туманами в июне месяце и осадками ливневого характера в июле ‑ августе, что, предопределяет контраст в увлажнении почв в годовом цикле. В таких климатических условиях формируются зональные почвы - буроземы.

2.2 Растительность

Своеобразие растительного покрова территории полуострова Муравьева-Амурского обусловлено его принадлежностью к Маньчжурской флористической провинции (Тахтаджян, 1978). По флористическому районированию территория полуострова отнесена к южному подрайону Уссурийского флористического района (Харкевич, Качура, 1981). По ботанико-географическому районированию юга Дальнего Востока входит в Восточно-Азиатскую умеренно холодную достаточно влажную хвойно-широколиственную область (Колесников, 1958). Небольшие высоты гор (около м над ур. моря) обусловили преобладание широколиственных и хвойно-широколиственных лесов с десятками видов древесных пород на северных склонах и с доминированием дуба монгольского на южных склонах (Куренцова, 1968). На полуострове во многих местах широколиственные леса из-за пожаров и бессистемных рубок деградировали до состояния порослевых древесно-кустарниковых зарослей.

Современная нерегулируемая рекреация приводит к вытаптыванию и захламлению отдельных участков полуострова. В пригородных лесах, являющихся лесами I группы, проводятся рубки под застройки коттеджей, прокладки дорог и изъятие отдельных деревьев пихты цельнолистной в зимний период (Прохоренко, 1999). В условиях городской среды древесная растительность находится в различных экологических условиях. Наиболее благоприятные условия ‑ в парках и садах. Растительность придорожных насаждений подвергается негативному влиянию городской среды (Полякова, 2004; Шихова, Полякова, 2006).

2.3 Рельеф и почвообразующие породы

Полуостров Муравьева-Амурского расположен между 43о04ا - 43о20ا с. ш. и 131о50ا - 132о18ا в. д. в южной части Приморского края. Протяженность с юго-запада на северо-восток около 40 км при ширине от 10 до 12 км в различных его частях. Общая площадь составляет около 340 км2. Полуостров с востока омывается Уссурийским, а с запада ‑ Амурским заливами, которые входят в акваторию залива Петра Великого.

Территория полуострова по рельефу подразделяется на низкогорную часть, холмисто-увалистую, морские террасы и долины водотоков. Центральная часть полуострова образована низкогорным рельефом, который сформирован невысокими хребтами (м над уровнем моря). Наиболее крупные хребты ‑ Океанский и Береговой. Наивысшая отметка ‑ 474 м над ур. м. Почвообразующими породами является грубообломочный элюво-делювий плотных пород с небольшим количеством мелкозема.

Холмисто-увалистый тип рельефа встречается вдоль побережий Амурского и Уссурийского заливов. Современная морская терраса вдоль побережий заливов сложена песчано-галечниковыми отложениями. В долинах рек и ручьев выделяются поймы, сложенные песчано-галечными отложениями, а в устьях крупных водотоков ‑ илистыми отложениями и нередко заболочены (Короткий, 1996). Сочетание рельефа и растительности создает основу формирования пестроты условий почвообразования. Как показали предыдущие исследования (Иванов, 1976; Костенкова, 1980; Пшеничников, 1999) – здесь расположены преимущественно бурые лесные почвы (буроземы).

2.4 Объекты:

Согласно космическим снимкам на топографическую основу были нанесены границы изучаемых объектов, составлена карто-схема (рис.1) и просчитаны их площади.

Объектом исследования являются почвы и техногенные поверхностные образования (ТПО):

1.  Тип почв ‑ Буроземы:

Подтипы:

- буроземы типичные;

- буроземы оподзоленные;

2.  Абраземы:

Тип ‑ абраземы структурно-метаморфические.

3.  Техногенные поверхностные образования (ТПО) представлены целенаправленно сконструированными почвоподобными телами, а также остаточными продуктами хозяйственной деятельности, состоящие из природного и/или специфического новообразованного субстрата.

ТПО представлены группой: квазиземы. Это гумусированные, внешне сходные с почвами почвоподобные образования. Состоят из одного или нескольких слоев привнесенного, перемешанного гумусированного или минерально-органического плодородного материала.

Подгруппа: урбиквазиземы. Состоит из смеси минерального материала (часто с примесью органического вещества) и специфических анропогенных включений (Классификация..., 2004).

Рис. 1. Схема месторасположения основных разрезов (43о04ا - 43о20ا с. ш. 131о50ا - 132о18ا в. д.)

2.5 Методы исследований

На полуострове Муравьева-Амурского были выбраны точки отбора образцов и заложены почвенные разрезы (рис. 1). Морфологическое описание почвенных разрезов делалось по общепринятым методикам. Названия исследованных почв и ТПО даны по Классификации почв России (Шишов, Тонконогов и др., 2004).

Определение гранулометрического состава и водно-физических свойств выполнено по общепринятым методам в лаборатории почвенных ресурсов БПИ ДВО РАН.

Определение физико-химических свойств почв проводилось по общепринятым методикам (Аринушкина, 1962), определение тяжелых металлов проводилось по «Методическим указаниям…» (2003) в аккредитованной испытательной лаборатории ФГУ ГЦАС «Приморский» (аттестат № РОСС RU.0001.21ПЦ34 от 01.01.2001 г.) п. Тимирязевский, Приморского края, Уссурийского района.

В течение трех лет в весенний и осенний периоды отбирались почвенные образцы для микробиологических исследований. Численность эколого-трофических групп микроорганизмов определялась классическими методами на средах: МПА (микроорганизмы, участвующие в разложении органического азота), КАА (бактерии и актиномицеты, использующие аммиачные формы азота), Эшби (олигонитрофилы, использующие азот из рассеянного состояния), среда для спороносных форм (споровые формы бактерий) и почвенный агар (олиготрофы разлагающие труднодоступные соединения). Количество и разнообразие почвенных грибов определялась на среде Чапека и cусло-агаре (Методы почвенной …, 1991). Разнообразие бактерий определялось на глюкозо-пептонно-дрожжевой среде в модификации (Добровольская, 2002). Идентификация микромицетов и бактерий проводилась по морфологическим и физиологическим признакам (Егорова, 1986; Лысак и др., 2003). Определение целлюлазной и протеазной активности проводилось аппликационными методами (Мишустин, 1967). Статистическая обработка данных была сделана с помощью программ Excel и STATISTICA 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава III Физико-химическая характеристика почв и ТПО

3.1 Гранулометрический состав и водно-физические свойства

Гранулометрический состав почвы – это важный экологический показатель, который определяет фильтрационную и водоудерживающую способности почв городских территорий. Легкие по составу почвы быстрее прогреваются солнцем и оттаивают весной. Тяжелые – богатые илистыми частицами имеют более высокую сорбционную способность и обеспеченность элементами питания. Все эти свойства связаны с содержанием гумуса, экологическими функциями и микробиологическими свойствами почв.

Таблица 1

Гранулометрический состав буроземов, абраземов и ТПО мм, %

Гори-зонт	Крупно-зем	Мелко-зем	Песок	Пыль	Ил	Сумма частиц
1,00-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001	>0,01	<0.01
Р. 1 - Бурозем типичный среднемощный
АY	34,72	65,28	8,3	38,3	10,3	12,2	10,3	20,6	56,9	43,1
А1Y	41,34	58,66	5,2	47,6	20,5	15,7	4,7	6,3	73,3	26,7
А2Y	75,04	24,96	9,8	21,1	36,0	2,9	11,5	18,7	66,9	33,1
ВM	78,26	21,74	-	-	-	-	-	-	-	-
Р. 2 - Бурозем типичный мощный
АY	-	-	8,1	27,6	45,9	6,1	3,1	9,2	81,6	18,4
А1Y	49,41	50,59	2,4	21,9	40,1	17,8	1,5	16,3	64,4	35,6
А2Y	60,64	39,36	6,7	56,5	10,2	1,6	18,0	7,0	73,4	26,6
ВM	53,01	46,99	-	-	-	-	-	-	-	-
Р. 4 – Бурозем оподзоленный среднемощный
АYe	-	-	18,7	7,6	31,4	34,5	4,7	3,1	57,7	42,3
А1Ye	-	-	14,4	45,3	8,5	17,0	10,8	4,0	68,2	31,8
А2Ye	33,89	66,11	10,9	55,7	6,7	15,6	2,2	8,9	73,3	26,7
ВM	54,98	45,02	-	-	-	-	-	-	-	-
Р. 6 - Абразем структурно-метаморфический
BM	56,2	43,8	13,3	5,1	46,0	16,3	11,9	7,4	64,4	35,6
В1M	51,0	49,0	33,2	16,0	7,8	18,0	22,7	2,3	57,0	43,0
С			16,7	6,8	14,8	46,8	0,8	14,1	38,3	61,7
Р. 7 – Техногенное поверхностное образование
I	48,3	51,7	36,4	10,5	43,8	4,3	2,9	2,1	90,7	9,3
II	-	-	43,2	5,2	33,7	11,5	0,7	5,7	82,1	17,9

Буроземы типичные среднемощные относятся к тяжелосуглинистым. В средней и нижней части профиля преобладают легкие суглинки с большим количеством скелета (табл. 1). Естественная влажность в этих почвах недостаточная, вниз по профилю становится резко недостаточной. Плотность твердой фазы увеличивается вниз по профилю (табл. 2) (Ковалева, Назаркина, 2006).