Введение к работе
Актуальность исследований
В настоящее время есть много публикаций (Добровольский, Никитин, 2000; Алексахин, 2006; Леднев, 2008, 2009 и др.), раскрывающих проблемы восстановления территорий, которые были нарушены разработками полезных ископаемых и торфа или нефтяного загрязнения. Но среди них крайне мало данных по вопросам изучения рекультивации механически нарушенных земель сельскохозяйственного назначения, а все имеющиеся исследования техногенно трансформированных почв в основном сводятся к характеристике преимущественно геоморфологических, эколого-геохимических и агрохимических особенностей их свойств и их изменения.
Оценка же нарушенности почв и темпов ее регенерации в процессе рекультивации по совокупному изменению критериев почвенно-биотического комплекса (ПБК) остается практически незатронутой, что, по современным взглядам на почву как на биокостное следствие жизнедеятельности растительных и животных ассоциаций в костной геологической породе (Добровольский, 2011; Звягинцев и др., 2005), не позволяет наиболее полно охарактеризовать как направление и скорость восстановления механически нарушенных почв до уровня, близкого к фоновому, так и эффективность приемов самой рекультивации.
Это и определило необходимость проведения разностороннего научно-исследовательского мониторинга механически нарушенных земель сельскохозяйственного назначения Нижегородской области по комплексу агрохимических и различных эколого-биотических критериев, направленного на выявление влияния исследуемого техногенного воздействия на состояние компонентов ПБК, а также обнаружение тенденций их изменения и степени устойчивости при проведении биологической рекультивации нарушенных почв. Цель и задачи исследований
Основной целью исследований явилась комплексная оценка почвенно-биотического комплекса техногенно нарушенных агро- и натурбиогеоценозов по плодородию почвы, состоянию фито-, зоо- и микробоценоза, а также их интегральной устойчивости при проведении биологической рекультивации на светлосерой лесной легкосуглинистой почве.
Программа исследований предусматривала решение следующих задач:
оценить влияние биологической рекультивации механически нарушенных светло-серых лесных почв на флористический состав и устойчивость экомор-фологической структуры агро- и натурфитоценоза во времени;
изучить комплексы беспозвоночных на нарушенных почвах по плотности микроартропод и почвенных представителей мезофауны, а также изменению трофической структуры педобионтов;
дать комплексную оценку состояния микробоценоза нарушенных почв, выявить тенденции изменения численности и биологической активности микрофлоры различных эколого-физиологических групп, с выделением доли коренных микробных ассоциаций, при возвращении нарушенных почв в использование;
оценить плодородие нарушенных почв и их устойчивость к техногенным воздействиям, а также влияние на эти параметры биологической рекультивации и самовосстановления почвенно-биотического комплекса.
Научная новизна
На основании натурных наблюдений в производстве дана сравнительная оценка динамики изменения состояния основных компонентов почвенно-биотического комплекса (почвы, фитоценоза, почвенного зооценоза, а также микробных ассоциаций, контролирующих циклы азота и углерода) светло-серых лесных почв, нарушенных при проведении строительно-ремонтных работ на магистральных трубопроводах.
Впервые оценены направленность и сила регенерационных процессов фитоценоза, микро- и мезофаунистической составляющей зооценоза, что позволяет рассматривать изменения видового разнообразия и численности почвенной био-ты в качестве индикаторов степени нарушенности ПБК.
Установлено, что техногенное нарушение почвенного профиля приводит к снижению количества сапротрофов первого порядка (аммонифицирующих, ами-лолитических и целлюлолитических микроорганизмов), повышению численности автохтонной и олигокарбофильной микробиоты, а биологическое восстановление нарушенной почвы способствует сохранению ее микробного статуса, снижая развитие микрофлоры, разрушающей гумусовые вещества и повышая способность к минерализации легкоразлагаемых органических компонентов. Практическая значимость исследований
Результаты применяются при разработке проектов рекультивации техногенно нарушенных агроценозов и естественных биоценозов для обоснования периода восстановления плодородия почвы и природно-хозяйственной значимости территории.
Данные учета экоморфологического состава растительных сообществ, характеризуемые коэффициентами видового богатства, доминирования, выровненности и флористического сходства, а также определения численности видов беспозвоночных почвенных животных, плотности населения организмов и их вертикального распределения по профилю почвы, анализа трофической структуры представителей мезофауны и жизненных форм мелких членистоногих (коллембол) могут быть использованы в системе оценки экологической устойчивости техногенно нарушенной экосистемы.
Конкретные данные по изменению коэффициентов минерализации азот- и уг-леродсодержащего органического вещества, индексов педотрофности и авто-
хтонности, а также индексов микробиологической устойчивости ПБК могут быть востребованы для обоснования биологического способа рекультивирования нарушенной территории
Основные результаты исследований используются в процессе преподавания дисциплин «Экология», «Оценка воздействия на окружающую среду», «Экологическая экспертиза» и «Охрана окружающей среды», читаемых в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии, а также дисциплин «Методы полевых исследований по зоологии», «Ботаника с основами фитоценологии», «Микробиология», «Биогеография» в Нижегородском государственном педагогическом университете им. К. Минина. Основные положения, выносимые на защиту
-
Изучение сукцессионных процессов и самовосстановления фитоценоза в нарушенных экосистемах является важным критерием оценки их сформированное, экологической и хозяйственной ценности, возможности осуществления экологических функций.
-
Нарушение почвенно-растительного покрова ведет к изменению состава и структуры микро- и мезофаунистического комплекса. Биологическая рекультивация положительно влияет на трофическую структуру почвенных организмов, способствуя восстановлению численности сапрофагов, возрастающее долевое участие которых является положительным биологическим критерием индикации восстановления почвенного плодородия.
-
Биологическая рекультивация нарушенной светло-серой лесной легкосуглинистой почвы способствует оптимизации ее биологической активности и стабилизации микробиологической составляющей ПБК за счет уравновешивания разносторонних процессов трансформации почвенного вещества.
-
Интегральная устойчивость против техногенного нарушения для почв, занятых натурбиоценозами, выше, чем для почв, занятых культурной растительностью. Использование агромелиорантов, органических и минеральных удобрений, а также залужение территории способствуют ее повышению.
Апробация работы
Результаты исследований ежегодно докладывались на научно-практических конференциях студентов, аспирантов и педагогических работников Нижегородской ГСХА (Н. Новгород, 2011-2013 гг.), на международной научно-практической конференции «Нетрадиционные источники и приемы организации питания растений» (Н. Новгород, НГСХА, 2011 г.), на международной научной конференции, посвященной 85-летию М.Г. Танзыбаева (Абакан, НИИ аграрных проблем Хакасии, 2012 г.), а также на Международной конференции при Московской летней экологической школе MOSES-2011 (Москва, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2011 г.) и на научно-практической конференции при международной научной летней школе Agro Tech-2013 (Краснодар, Кубанский ГАУ, 2013 г.).
Общее количество опубликованных работ представлено 11 наименованиями (3,35 усл. печ. л.) с личным участием в 2,03 усл. печ. л. В журналах, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 3 работы. Объем и структура работы
Диссертация содержит введение, обзор литературы, 7 глав результативной части и выводы. Работа изложена на 195 страницах, содержит 14 формул, 21 таблицу, 23 рисунка и 10 приложений. Список литературы включает 409 наименований, в т.ч. 26 иностранных публикаций. Исследования выполнены в соответствии с комплексным тематическим планом научных исследований Нижегородской ГСХА (номер государственной регистрации темы 0120.0 805769).
