Известно [1], что в техногенных условиях ксенобиотики оказывают многогранное воздействие на химические и биологические свойства почв (повышают кислотность; снижают содержание обменных катионов и емкость обмена;, уменьшают количество и запасы гумуса, общего азота и подвижных форм азота, фосфора; изменяют микробиоценоз), что отражается на взаимодействии биологического и геологического круговоротов, поскольку почва является узлом экологических связей биосферы. Взаимоотношения в системе «ксенобиотики – почвенные микроорганизмы» приводят в одних случаях к ингибированию метаболизма, в других – к повышению устойчивости.
Целью исследования было изучение структуры микробиоценоза на деградированных почвах Карасайского полигона ТБО г. Алматы.
Материал и методы исследования. Для изучения структуры микробиоценоза были отобраны пробы деградированных почв на Карасайском полигоне ТБО г. Алматы. Отобранные почвы исследовались микробиологическим методом [2].
Работа выполнена по программе «Грантовое финансирование научных исследований» по теме «Разработка инновационной технологии восстановления и повышения плодородия деградированных земель для обеспечения продовольственной безопасности на юге и юго-востоке Казахстана». МРНТИ 68.05.31; 68.31.26. № госрегистрации 0112РК00426.
Результаты исследований. Карасайский полигон ТБО г.Алматы действующий, поэтому с одной стороны, нестабильное положение для почвогрунта в местах с разными сроками захоронения также сопровождается нестабильным распространением микросообществ, с другой – территория полигона ТБО г.Алматы на 30-40 % охвачена пожарами разной глубины и степени интенсивности, с третьей – летом влажность почвогрунта из-за сухой погоды и жары не превышает 16-20 %. Поэтому было интересно проследить обсемененность почв, покрывающих свалочный грунт разного срока захоронения. Для изучения условно было выделено пять категорий почвогрунта полигона: почвогрунт на свежих захоронениях (П), почвогрунт с мест пожара (Пп), почвогрунт на захоронениях более 5 лет (П5), почвогрунт на захоронениях более 10 лет (П10). Также на обсемененность проверен лёсс (Л), который сосредоточен на территории полигона и используется для покрытия свалочной массы (табл. 1).
Таблица 1
Обсемененность почвогрунта полигона ТБО
|
Проба почв |
Гумус % |
КОЕ/г |
|||
|
ОМЧ |
Гетеротрофные бактерии |
Актиномицеты |
Микромицеты |
||
|
П |
1,57 |
3,5 х 109 |
4,0 х 103 |
1,0 х 104 |
7,5 х 104 |
|
ПП |
0,55 |
1,5 х 105 |
1,0 х 102 |
5,5 х 102 |
1,0 х 102 |
|
П5 |
1,14 |
6,5 х 108 |
2,0 х 103 |
1,5 х 103 |
2,5 х 103 |
|
П10 |
0,41 |
2,5 х 108 |
1,5 х 103 |
1,5 х 103 |
2,0 х 103 |
|
Л |
0,20 |
3,0 х 108 |
2,0 х 103 |
2,5 х 103 |
1,0 х 104 |
Как видим из табл. 1, наиболее высокая обсемененность почвогрунта по ОМЧ отмечено на свежезахороненных участках (9 уровень разведения), наиболее низкая – в почвах, отобранных с мест пожара разной степени интенсивности (5 уровень разведения). Следует также отметить, что активность исследуемых таксонов варьирует на уровнях 2-4 разведения, при этом минимальный показатель также отмечен для почв, отобранных с мест пожаров.
Чтобы отразить интегрированное и суммарное действие всех раздельно и совместно действующих факторов важно вычленить долю влияния отдельных (рассматриваемых в эксперименте) факторов. Обрабатывая дисперсионным методом опытный материал от исследуемого полигона ТБО [3] нами ставились задачи, направленные на определение величины изменчивости обсемененности, обусловленных воздействием учтенных в опыте факторов, и остаточной изменчивости, возникшие под влиянием всех других, не учтенных в опыте факторов, и статистической достоверности доли влияния рассматриваемых факторов на количественный состав микросообществ.
Для выполнения поставленных задач был применён метод двухфакторного дисперсионного анализа, который позволил выявить не только долю влияния каждого фактора (фактор А – сезон года; фактор В – глубина отбора проб почвы), но и долю их совместного влияния, вызывающего дополнительную дисперсию (САВ).
В табл. 2 приведены результаты опытов по изучению процесса количественного распределения изучаемых микросообществ во времени. Расчеты осуществлены в три этапа. На первом этапе была составлена таблица статистического комплекса и осуществлена его первичная обработка, на втором – получены необходимые величины для вычисления дисперсий, на третьем – полученные расчеты были оформлены в сводную таблицу дисперсионного анализа и дан полный анализ по изучению количественного распределения микросообществ в зависимости от учитываемых в опыте факторов.
Таблица 2
Сводные данные дисперсионного анализа по обсемененности почвогрунта полигонов ТКО
|
Показатель |
x |
z |
y |
А |
В |
АВ |
|
|
ОМЧ |
η2 |
0,77 |
0,23 |
1,0 |
0,30 |
0,38 |
0,09 |
|
F |
9,2 |
- |
- |
12 |
25 |
1,9 |
|
|
Гетеротрофные бактерии |
η2 |
0,35 |
0,65 |
1,0 |
0,23 |
0 |
0,12 |
|
F |
1,45 |
- |
- |
3,6 |
0 |
0,9 |
|
|
Микромицеты |
η2 |
0,44 |
0,56 |
1,0 |
0,32 |
0,07 |
0,05 |
|
F |
2,1 |
- |
- |
0,18 |
0,06 |
0,02 |
|
|
Актиномицеты |
η2 |
0,31 |
0,69 |
1,0 |
0,19 |
0,07 |
0,05 |
|
F |
4,1 |
- |
- |
2,6 |
1,5 |
0,4 |
|
Данные табл. 2 свидетельствуют, что дисперсия по обсемененности микросообществ в почвогрунте Карасайского полигона ТБО, обусловленная влиянием сезона года (фактор А) и глубины отбора проб почвы (фактор В), составляет от общей дисперсии для гетеротрофных бактерий 35 %, актиномицетов 31 % и микромицетов 44 %. Как видим, обсемененность покрывающей почвы в меньшей степени (31-45 %) зависит от учтенных в эксперименте факторов, т.к. для них влияние неучтенных и случайных факторов относительно выше и равна, соответственно, 65 %, 69 % и 56 %. Вычисленные величины Ff дают право считать, что нулевая гипотеза, утверждающая отсутствие влияния сезона года и глубины отбора проб почвы на её обсемененность опровергается для ОМЧ при уровне вероятности Р = 0,999 (Ff > Fst), что в свою очередь свидетельствует, что полученная доля изменчивости обусловлена именно учтенными в опыте факторами. Для актиномицетов и микромицетов нулевая гипотеза опровергается при уровне вероятности 0,99 и 0,95 соответственно. О недостоверности полученных результатов свидетельствует F для бактерий, для них нулевая гипотеза не опровергается и, следовательно, обсемененность покрывающей почвы бактериями напрямую зависит от компонентного состава ТБО.
Для доказательства доли влияния фактора А, В и АВ во всех комбинациях на показатель обсемененности почвы и определения достоверности действия каждого из факторов мы продолжили дисперсионный анализ по факторам. Обработку данных производили последовательно для каждой градации фактора А и фактора В. Далее были вычислены частные дисперсии, после чего были определены доли влияния А, В и АВ на результативный признак. Из таблицы 2 видно, что если совместное действие факторов А и В слабое для всех рассматриваемых сообществ, то доля влияния фактора А больше, чем доля влияния фактора В для бактерий (23 % против 0 %), актиномицетов (19 % против 7 %), микромицетов (32 % против 7 %), а на ОМЧ большее влияние оказывает фактор В (38 против 30 %). Сопоставляя вычисленные величины Ff с табличными Fst мы видим, что нулевая гипотеза для всех сообществ остается в силе и составляет небольшую долю в общей изменчивости признака.
Последствия загрязнения почв отходами потребления ТБО отчетливо проявилось в изменении структуры биомассы микробиоты. Общие запасы микробиологической массы в почвогрунтах при разных видах воздействия, также как и численность, могут варьировать (возрастать или уменьшаться). Известно, что для каждого типа почв характерен свой специфический микробиоценоз. И как мы убедились, под влиянием отходов потребления происходит изменение видового состава и численности микроорганизмов, т.к. твердые отходы приводят к снижению уровня устойчивости почв.