Оценка биологической активности почвосмесей промышленного производства

Всероссийский  конкурс юных исследователей окружающей среды

МБОУ «Школа № 000 с углубленным изучением отдельных предметов

имени Героя Советского Союза »

городского округа Самара

Номинация: «Ландшафтная экология и комплексные исследования экосистем»

Оценка биологической активности почвосмесей промышленного производства (на примере грунтов для кактусов и суккулентов)

         

Автор:

, 11 класс

Руководитель: ,

к. б.н., доцент ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика »

Самарская область

2016

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ	3
1. ПОЧВОСМЕСИ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (обзор литературы)
1.1. Общая характеристика почвосмесей
1.2. Биологическая (целлюлозоразрушающая) активность почв
2. Объекты и методы исследования
2.1. Объект исследований
2.2. Методы исследований
3. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВОСМЕСЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (результаты и их обсуждение)
Выводы
Список используемой литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Почва – один из главных залогов хорошего роста и развития растений. От ее качества напрямую зависит урожайность, красота и здоровье растений. Для выращивания растений используют разнообразные грунты и субстраты. Преимущества готовых почвосмесей в их круглогодичной доступности и простоте использования. Есть и недостатки – большинство из них не подходят для использования без смешивания с другими компонентами или готовые грунты не отвечают заявленным производителем качествам.

Сырьем для производства плодородных почвосмесей служат компоненты, потребительские и микробиологические свойства которых должны соответствовать требованиям безопасности, охраны здоровья и окружающей среды.

Актуальность. Изучение биологической активности промышленных почвосмесей – актуальное и важное направление исследований.

Целью нашей работы было изучение биологической активности промышленных почвосмесей.

Задачи исследования включали:

- выбор промышленных почвосмесей;

- анализ промышленных почвосмесей;

- определение целлюлозоразрушающей активности промышленных почвосмесей.

Новизна работы. Проведенное исследование позволило получить новый материал, относящийся к биологической активности промышленных почвосмесей.

Научное значение. Полученные данные представляют интерес для растениеводов.

Практическое значение. Наши результаты могут быть использованы при выборе почвосмеси для выращивания растений.

ПОЧВОСМЕСИ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

(обзор литературного материала)

1.1. Общая характеристика почвосмесей

Компоненты почовосмесей

Почвосмеси состоят из различных природных компонентов: компоста, песка, глины, торфа. Правильно подобранный механический состав гарантирует растениям сбалансированный влаговоздушный режим, необходимую кислотность и достаточное минеральное питание. Кроме того, обеззараживание почвосмесей позволяет получить биологически полноценный и экологически чистый субстрат. Это идеальный грунт для выращивания комнатных, оранжерейных, цветочных, овощных и декоративнолиственных культур.

С учетом индивидуальных требований растений изготавливаются 4 вида почвосмесей с различным содержанием компоста, песка, глины, верхового и низового торфа. Каждое растение предъявляет особые требования к почве, ее составу, поэтому почвенные смеси должны содержать необходимое количество питательных веществ, не задерживать излишка воды, пропускать воздух к корням растений; иметь кислотность, требуемую для данного растения; быть обеззараженными от вредителей и возбудителей болезней.

Составные части почвосмесей подбирают так, чтобы они отвечали заданным свойствам. Хорошая аэрация почвы, влагоемкость и в то же время хороший дренаж, сбалансированный запас питательных веществ, отсутствие возбудителей болезней и вредителей, а также семян сорняков – вот важнейшие требования, предъявляемые к почвосмесям. В качестве основных компонентов почвосмесей обычно используются: торф, земля, перегной, рыхлящий материал.

Грунт для кактусов и суккулентов

Из-за способности суккулентов долгое время обходиться без полива и дополнительных подкормок может сложиться ошибочное мнение, что и в остальном они так же непривередливы и неприхотливы. Однако на самом деле, это не так. И стеблевые суккуленты (кактусы) и листовые (алоэ, агава и др.) предъявляют достаточно высокие требования к таким важным факторам жизни и развития, как освещённость и температурный режим окружающей среды, а также к почве. Плодородная, хорошо удобренная садовая земля, в которой комфортно чувствуют себя многие комнатные растения, для любимых кактусов или толстянковых может оказаться губительной.

Требования к грунту для суккулентов

Три главных условия, которым должен соответствовать грунт для выращивания суккулентов – это лёгкая, рыхлая структура, хорошая аэрация и отличный дренаж. Кислотность же и наличие питательных веществ не так важны. Хотя, конечно, сильно кислую почву суккуленты тоже не любят и хорошо цветут только при достаточном количестве в ней минеральных элементов. Важный момент состоит в том, что перегной, например, или азотные удобрения в чистом виде вносить категорически не рекомендуется. Как правило, растут суккуленты очень медленно, а излишек азота, провоцируя усиленный рост, приводит к тому, что наружная кожица трескается, и растение покрывается уродливыми шрамами.

Для повышения рыхлости и аэрации и в некоторые уже готовые покупные грунты не помешает добавить крупного песка, гальки или кирпичной крошки. Ведь многие из суккулентов в естественных условиях растут на камнях или в расщелинах скал. Дренаж у почвенной смеси должен быть таким, чтобы исключить даже кратковременное её переувлажнение. Земляной ком должен быстро пропитываться влагой и также быстро высыхать, чтобы не произошло загнивание корневой системы.

При покупке готового грунта, предназначенного для суккулентов, следует особенно придирчиво изучать его состав. Ведь к этой группе относится довольно много видов растений - с разными предпочтениями и требованиями к почвенным условиям. И у производителей состав грунтов тоже может отличаться. Обязательный компонент большинства магазинных субстратов – это торф. Он имеет высокую кислотность, которую, обычно, снижают добавлением молотого известняка или доломитовой муки.

Биологическая (целлюлозоразрушающая) активность почв

Биологическая активность почв – это совокупность биологических процессов, которые протекают в почве, а также способность всех живых организмов, обитающих в почве, осуществлять синтез веществ и процесс разложения. Данный показатель определяется количественным и качественным составом почвенных организмов и является наиболее существенным показателем плодородия

Расщепление целлюлозы имеет огромное значение в круговороте углерода, так как в ее состав  входит более 50% всего органического углерода  биосферы. На долю целлюлозы приходится 45-80% сухого веса растений. По химической природе целлюлоза – полисахарид, состоящий из цепочек глюкозы по 100-200 молекул. Это довольно стойкое органическое соединение, разрушающееся только при действии очень сильных окислителей. В природных условиях разрушение целлюлозы осуществляется  различными микроорганизмами, образующими ферменты целлюлазы.

На активацию разложения целлюлозы влияют температура, уровень pH (оптимальное значение 5,5), аэрация почвы, биологические  свойства растительности и т. д.

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный полисахарид растительного мира, высшие растения на 15 – 50% состоят из целлюлозы. В состав целлюлозы входит более 50% всего органического углерода биосферы и расщепление ее имеет большое значение в круговороте углерода.

Являясь очень устойчивой к действию физико-химических факторов, она легко разлагается микроорганизмами с выделением углерода, который в форме различных соединений участвует в создании почвенного плодородия. Целлюлозу разлагают аэробные микроорганизмы (бактерии и грибы) и анаэробные мезофильные и термофильные бактерии. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому веществу.

В кислых почвах ее разрушают главным образом грибы и в небольшой степени актиномицеты, в нейтральных почвах – грибы, актиномицеты и бактерии. Особенностью целлюлозоразлагающих микроорганизмов является их высокая требовательность к источникам азотного питания. Микроорганизмы почв, разрушающие целлюлозу, служат важнейшими поставщиками органических веществ для разнообразных групп микроорганизмов (в том числе азотфиксирующих), связанных общей пищевой цепью. Поскольку активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов зависит также от наличия в почве доступного фосфора и других элементов, то степень распада клетчатки, можно считать, отражает направленность хода микробиологических процессов в целом.

Целлюлозолитическая активность свидетельствует о напряженности биологических процессов в почве. Чем интенсивнее разлагается целлюлоза, тем быстрее осуществляется биологический круговорот элементов и тем полнее растения обеспечиваются питательными веществами. Поэтому целлюлазную активность используют как один из показателей биологической активности почвенной среды.

Биологическую активность почв определяют различными методами, а именно: микробиологический, который включает в себя прямой микроскопический подсчет микроорганизмов: бактерий, актиномицетов, грибов; биохимический (определение ферментативной активности почв), физиологический (метод определения биомассы микроорганизмов и определение дыхания почв) и химический метод, при помощи которого можно обнаружить наличие нитратов, аммиака и других соединений.

Таким образом, образом биологическая активность почвы выражается суммарным проявлением активности биохимических процессов, обусловленных содержанием в почве определенного запаса ферментов, которые выделяются в почву в результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов, а также аккумулированных почвой после отмерших клеток.

2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследований

Объектами наших исследований послужили образцы почвосмесей для кактусов и суккулентов разных производителей.

1
2
3

2.2. Определение биологической активности почвы

Определение целлюлозоразрушающей активности почвы чашечным аппликационным методом

Целлюлоза-главный компонент клеточных стенок высших растений и водорослей. По своей природе она является полисахаридом, линейным полимером состоящим из цепочек молекул бета-D-глюкозы соединенных бета-1,4-гликозидными связями.

В почву целлюлоза попадает вместе с различными растительными остатками, где ее содержание достаточно велико (40-70%).

Процесс разложения целлюлозы в почве осуществляется как в аэробных, так и анаэробных условиях при участии особых групп бактерий и грибов. Методика. На дно чашки Петри помещали заранее взвешенные кусочки плотной белой бумаги (4–5 полосок длинной 1 см и шириной 4 см), закрыть их вырезанной по размеру чашки капроновой сеткой или тканью. Отвесить на технических весах по 40 г почвы каждого образца, поместить почву ровным слоем над капроном и увлажнить до 60% от плотной влагоемкости. Чашки закрыть крышкой и поместить в термостат при температуре 27–28°С на 30 суток. Контролировать ход опыта, увлажняя по мере необходимости почву в чашках. По окончании опыта снять крышки с чашек Петри, дать слою почвы слегка подсохнуть, удалить его вместе с капроном. Остатки бумаги осторожно вынуть, тщательно освободить от частичек почвы и взвесить. По разнице в весе, выраженной в процентах от начального веса кусочка бумаги, оценить степень разложения пробы целлюлозы в почве.

2.3. Математическая обработка результатов

Статистическая обработка всех цифровых данных и подготовка иллюстраций проводились общепринятыми методами с использованием специализированных пакетов прикладных программ.

3. ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВОСМЕСЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (результаты и их обсуждение) 

Приступая к работе, мы провели предварительную оценку выбранных почвосмесей. Хороший цветочный грунт должен быть:

- достаточно влагоемким для создания необходимого запаса влаги;

- одновременно водопроницаемым, чтобы излишки воды свободно стекали и вода в горшке не застаивались;

- грунт при высыхании и намокании не должен менять объем и отставать от стенок горшка;

- должен содержать оптимально подобранные элементы минерального питания: азот, фосфор, калий, магний и кальций и основные микроэлементы: железо, марганец, медь, бор, цинк, молибден, кобальт;

- кислотность почвы не должна значительно изменяться в процессе использования;

- субстрат - это сложная биологическая система, важное значение имеет микробиологическая активность почвы. Грунт должен быть живым, но не содержать вредных микроорганизмов.

Все выбранные грунты представляют собой смесь на основе торфа. По относительному содержанию торфа все смеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). Мы оценили содержание торфа по 10-бальной шкале (рис. 3.1). Все почвосмеси плохо смачивались водой, достаточно высокое содержание торфа не способствовало пропуску воды. По смачиваемости почвосмеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). Более хорошая смачиваемость образца №2 объясняется его механическим составом, здесь в большом количестве присутствует песок, который имеет хорошую водопроницаемость. Наиболее питательным грунтом (по содержанию органического вещества был образец №1.

Рис. 3.1 Содержание торфа в почвосмесях

По общему содержанию азота все смеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). Мы оценили общее содержание азота по 10-бальной шкале (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Содержание азота в почвосмесях

Таким образом, взятые для исследования готовые почвосмеси для кактусов и суккулентов оказались различны по составу и свойствам.

После общего анализа выбранных почвосмесей мы исследовали их биологическую (целлюлазную) активность. Целлюлазная активность почвы является одним из суммарных показателей интенсивности почвенной биодинамики. В природе разрушение целлюлозы осуществляется аэробными и анаэробными микроорганизмами, образующими ферменты целлюлазы, которые гидролизуют полисахарид до глюкозы и целлобиозы, которая под воздействием глюкозидазы, входящей в состав целлюлозолитических ферментов, также расщепляется до глюкозы

Целлюлозолитическая активность свидетельствует о напряженности биологических процессов в почве. Чем интенсивнее разлагается целлюлоза, тем быстрее осуществляется биологический круговорот элементов и тем полнее растения обеспечиваются питательными веществами. Поэтому целлюлазную активность используют как один из показателей биологической активности почвенной среды.

Изучение биологической активности почвенных проб лабораторным методом показало, что способность расщеплять целлюлозу проявилась неодинаково всех пробах почвосмесей (рис. 3.3).

В ходе опыта мы установили, что более высокая биологическая активность была в образце №2 (пермагро). Так в образце №1 (цветочный рай) разложились 0,02 мг бумаги, в образце №2 (пермагро) – 0,09 мг, в третьем образце (скорая помощь) – 0,04 мг.

По биологической активности почвосмесей их можно выстроить в следующий ряд (по убыванию): №2 (пермагро) > №3 (скорая помощь) > №1 (цветочный рай).

Следует отметить, что в начале опыта поверхность образца №1 покрылась грибным мицелием белого цвета. Возможно, что низкая целлюлазная активность в образце №1(рис. 3.1) связана с наличием этих грибов. Во время опыта мы также отмечали появления на бумажных полосках мицелия различного окраса. Преобладал мицелий малиновой окраски, что означало наличие грибов рода Фузариум. Представители рода имеют существенное значение как грибы, приносящие вред народному хозяйству и патогены, вызывающие заболевания или токсикозы у растений и животных, в том числе человека. Заболевания растений, вызываемые этими грибами, имеют название фузариозы. Такое обилие грибов не может положительно сказаться на росте растений.

Рис. 3.3 Разрушение целлюлозы в условиях лабораторного тестирования почвосмесей

Для образцов №1 и №3 было отмечено достаточно активное формирование мицелия на бумажных полосках, гораздо выше, чем в образце №2. Следует также отметить, что какая-либо биологическая активность образцов начала проявляться только после второй недели опыта. Очевидно, данное наблюдение можно объяснить изначально малым запасом почвенной микробиоты.

Биологическая активность почвы, численность и активность почвенной микробиоты тесно связаны с содержанием и составом органического вещества. Изучаемые почвосмеси изначально содержали торф. В образцах №1 (цветочный рай) и №3 (скорая помощь) торф был представлен грубыми волокнами, возможно такой субстрат больше подходит для грибов, чем для других почвенных микроорганизмов. Высокая ферментативная активность позволяет грибам утилизировать различные биополимеры, циклические соединения и разрушать стойкие соединения такие, как лигнин, дубильные вещества, клетку и гумус.

Таким образом, наши исследования показали, что промышленные почвосмеси в неодинаковой степени подходят для выращивания одних и тех же комнатных растений (кактусов и суккулентов). Несмотря на то, что все исследованные грунты предназначены для выращивания кактусов и суккулентов они оказались в значительной степени разнокачественными.

  ВЫВОДЫ

Все выбранные почвосмеси промышленного производства для кактусов и суккулентов оказались различны по составу и свойствам. По относительному содержанию торфа все смеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). По смачиваемости почвосмеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). Наиболее питательным грунтом (по содержанию органического вещества был образец №1. По общему содержанию азота все смеси можно выстроить в ряд по убыванию: грунт №1 (цветочный рай) > грунт №3 (скорая помощь) > грунт №2 (пермагро). Во всех образцах исследованных почвосмесей для кактусов и суккулентов промышленного производства проявлялась биологическая (целлюлозоразрушающая) активность. По возрастанию уровня биологической (целлюлозоразрушающей) активности почвенные образцы можно расположить в ряд по убыванию: образец №2 (пермагро) > образец №3 (скорая помощь) > образец №1 (цветочный рай). Промышленные почвосмеси в неодинаковой степени подходят для выращивания одних и тех же комнатных растений (кактусов и суккулентов). Несмотря на то, что все исследованные грунты предназначены для выращивания кактусов и суккулентов они оказались в значительной степени разнокачественными и не всегда пригодными для выращивания растений.

Список используемой литературы

, Чугунова -метод определения биологической активности почв//Почвоведение. 1989. №11. – С.142–147 Звягинцев и микроорганизмы. М.: МГУ, 1989. –439 с. Звягинцев почвенной микробиологии и биохимии— МГУ, 1991. – 304 с. , , Манучарова по биологии почв: Учеб. пособие - М.: Издательство МГУ, 2002. –120 с. Колешко микроорганизмов почвы. – Минск: Высш. Школа.,1981. –176 с. Красильников почвы и высшие растения.— Москва, 1958. – 466 с.

  Приложение 1

Общий вид чашек к концу опыта

Образец №1

Образец №2

Образец №3