Исследование микробиологической активности техногенных грунтов

16.09.2024
Группа учёных из SUNLAB провела исследование и выяснила, как развивается микробиота в искусственно созданных грунтах на основе торфяно-песчаных смесей. Исследование проводилось в городах трёх климатических зон: Апатитах (субарктическая зона), Москве (умеренно влажная зона), Ростове-на-Дону (умеренно сухая зона).

Авторы: Мария Васильева, Мария Корнейкова, Екатерина Козлова, Вячеслав Васенёв, Юлия Сотникова

В 2020 году на экспериментальных площадках в Апатитах, Москве и Ростове-на-Дону были созданы универсальные почвенные конструкции на основе песка, торфа и «срезки» (поверхностного плодородного слоя почвы, удаляемого при строительстве) в пропорции 1:1:1. Эти типы субстратов довольно часто используются для создания грунтов, особенно для Московского региона. Размеры опытных участков в Апатитах составляли 1 на 2 метра, в Москве – 3 на 3 метра, в Ростове-на-Дону – 2 на 2 метра. В качестве газонного покрытия использовалась травосмесь с нормой высева 60 г/м2 из райграса многолетнего (Lolium perenne) 30 %, овсяницы красной (Festuca rubra) 35 % и мятлика лугового (Poa pratensis) 35 %. В Апатитах дополнительно использовалась предварительно выращенная ковровая растительная дернина.

На участки вносилось минеральное удобрение «Азофоска» из расчёта 60 г/м2. Также проводился активный полив всех участков. В Апатитах вносили дополнительно доломитовую муку для снижения кислотности почвы при создании почвенных конструкций. Проводилось регулярное скашивание с периодичностью раз в 1-2 недели в период с мая по октябрь.

Изображение выглядит как карта
Автоматически созданное описание
Территория исследования

Поведение микробиоты

В течение первого года эксперимента микробная биомасса техногенных грунтов в исследуемых городах была в 2,8-5,3 раза ниже, чем у её природных аналогов (фоновой почвы). Через 14 месяцев в Москве и Ростове-на-Дону она снизилась более чем в 1,5 раза. Почвы в Апатитах напротив показали тенденцию к увеличению. Однако по сравнению с природным эталоном значения микробной биомассы оставались низкими.

Динамика во времени

Микробная активность (выделение углекислого газа) у естественных аналогов почв была выше, чем у техногенных грунтов в 1,8-2,3 раза. Через 14 месяцев с начала эксперимента в Ростове-на-Дону она снизилась более чем в 3 раза. В Москве и Апатитах значения существенно не изменились. В целом в техногенных грунтах наблюдалась тенденция, подобная природным экосистемам, – снижение базального дыхания с продвижением на юг: Апатиты – Москва – Ростов-на-Дону.

Через 14 месяцев вклад в эмиссию СО2 от микроорганизмов, разлагающих карбоновые кислоты, снизился: особенно заметно в Москве – более чем в 2 раза, в Ростове-на-Дону – на 12 %, а в Апатитах – на 20 %. Для всех станций наблюдалась общая тенденция к увеличению доли реагирующих на внесение углеводов микроорганизмов – в 1,5-2,2 раза.

Микробиологические показатели почвенных конструкций: MBS – углерод микробной биомассы, BR – продуцирование углекислого газа почвой, qCO2 – продуцирование углекислого газа микробиотой (микробный метаболический коэффициент); SC – почвенные конструкции: SC-APA – Апатиты, SC-MSC – Москва, SC-RND – Ростов-на-Дону; Background – фоновая почва.

Сравнение с природными аналогами

По сходству функциональной структуры микробного сообщества можно отметить, что техногенные грунты Москвы и Апатитов были наиболее близки к фоновым почвам в 2020 году. В Ростове-на-Дону они резко отличались от естественных грунтов.

Наиболее значительные изменения в физиологическом профиле микробного сообщества техногенных грунтов наблюдались в Москве по сравнению с Апатитами и Ростовом-на-Дону. Однако на второй год эксперимента в Москве и Апатитах можно отметить сходство функционального профиля микробных сообществ. Ростов-на-Дону и Москва также характеризовались тенденцией к изменению функциональной структуры в сторону естественных сообществ.

Физиологический профиль техногрунтов в сравнении с природными аналогами в климатическом градиенте. SC – почвенные конструкции: SC-APA – Апатиты, SC-MSC – Москва, SC-RND – Ростов-на-Дону; BG – фоновая почва

Физиологический профиль во временной динамике. SC – почвенные конструкции: SC-APA – Апатиты, SC-MSC – Москва, SC-RND – Ростов-на-Дону; 2 – 2 месяца после создания, 14 – 14 месяцев после создания. BG – фоновая почва

Развитие грибов

Биомасса грибов варьировала от 0,073 до 0,790 мг/г почвы. Самая низкая биомасса была отмечена в техногенных грунтах Ростова-на-Дону, самая высокая – в Апатитах. Что касается фоновых почв, то максимальная биомасса в 0,790 мг/г почвы была также отмечена для субарктической зоны. По показателю биомассы ближе всего к фону оказались техногенные грунты Ростова-на-Дону. Для Московской области биомасса грибов в 2 раза ниже, в Апатитах она почти в 3,5 раза ниже, чем на фоновом участке. Большинство грибов было представлено экземплярами небольшого размера, 2-3 мкм.

Результаты исследования

В течение 14 месяцев искусственные почвенные конструкции значительно отличались от своих природных аналогов по количественным параметрам и функционированию микробных сообществ. Они характеризовались низким содержанием микробной биомассы и нестабильным состоянием почвенных. Однако отчётливо видна тенденция к изменению свойств микробных сообществ в сторону естественных аналогов. Например, в почвенных конструкциях, расположенных в Апатитах, увеличилось содержание микробной биомассы и базальное дыхание.

Вероятно, микробные сообщества северных экосистем, имеющие более короткий жизненный цикл, быстрее адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды и, как следствие, за исследуемый период становятся более сходными по своим свойствам со своими природными аналогами. В техногенных грунтах Москвы и Ростова-на-Дону, микробный метаболизм более стабилен, однако и для этих городов характерна тенденция к изменению физиологического профиля микробных сообществ в сторону их естественных аналогов.

Исследование было профинансировано грантом РНФ № 17-77-20046 и государственным заданием 122022400109-7 (FMEZ-2022-0011).

Полный текст исследования опубликован здесь: https://www.researchgate.net/publication/373788321_Microbial_Activity_of_Technosols_Based_on_Peat-Sand_Mixtures_in_Different_Climatic_Zones

Мария Корнейкова
кандидат биологических наук, Почвенно-экологическая лаборатория АТИ РУДН

Статьи по теме

Темы статей

COVID-19 ESG TEEB treetalker Абакан Альметьевск Ачинск Бразилия Видное Волгоград Екатеринбург Ижевск Казань Киров Китай Красноярск Курган Минск Москва Мурманск Нижний Новгород Новосибирск Омск Пермь Петровск-Забайкальский Ростов-на-Дону Санкт-Петербург Сургут Тюмень Усть-Илимск ЧЕБОКСАРЫ ЧЕРЕПОВЕЦ администрация архитектурные решения биоразнообразие благоустройство внутреннее озеленение водно-зелёный каркас газон глобальное потепление городское планирование градостроительство двор деревья детские площадки дождевой сад здоровье зелёные крыши зелёные решения идентичность канализация климат климатическое моделирование космоснимки микропатогены мониторинг набережная насекомые наука нормативы озеленение опрос парк переработка мусора подтопление почва проект птицы пыль реки свет сертификация технологии туризм устойчивое развитие фауна экосистемные услуги энергоэффективность