Автор: Белимова Софья, 8 класс
ГБОУ СОШ № 302 Фрунзенского района Санкт-Петербурга
ГБУ ДО ДДЮТ Фрунзенского района Санкт-Петербурга
Руководитель: Александрова Наталия Николаевна
ГБУ ДО ДДЮТ Фрунзенского района Санкт-Петербурга
Научный консультант: Кузьмина Анастасия Алексеевна
Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева
Работа удостоена диплома I степени районной научно-практической конференции «Купчинские юношеские чтения: наука, творчество, поиск». Секция биологии и экологии, 2025
Введение
Биология почв – комплексная наука, возникшая на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Биология почв рассматривает биологические аспекты почвоведения, а именно живой мир, населяющий почву, и процессы взаимодействия этого мира с твердой, жидкой и газообразной составными частями почвы.
Почва является центральным звеном биогеоценоза, выполняя важнейшие экологические функции (Добровольский, Никитин, 1986). Значимую роль в регуляции экосистемных процессов играет почвенная биота. Одним из показателей состояния биоты является трофическая активность (ТА) почвенных сапрофагов, которая может быть оценена с помощью приманочных пластин по методу Balt-Lamina test (von Törne, 1990).
Значение биологии почв в современном почвоведении постоянно увеличивается в связи с открытием новых экологических функций почвенной биоты. Вскрывается ее роль в процессах, протекающих в почвах, в биосферных функциях почв, в поддержании чистой грунтовой воды и атмосферы. Описываются все новые и новые почвенные организмы, и расширяется представление о распространении в почвах ранее малоизученных таксонов. Раскрывается значение взаимодействия компонентов почвенной биоты в функционировании системы в целом. Установлены принципы строения и функционирования комплекса почвенных организмов. (Звягинцев Д.Г. 2005 г.)
Биота – термин, который относится ко всем живым организмам, обитающим в определенной географической области или среде. Проще говоря, это совокупность всех растений, животных, грибов, бактерий и других живых существ, которые населяют данную территорию. Среди биоты особую роль в процессах, протекающих в почве, играют почвенные сапрофаги – организмы, питающиеся разлагающимися органическими остатками. Они участвуют в процессе гумификации и переводят поступающие в почву сложные органические вещества в доступные для растений формы, минерализуя их. Среди сапрофагов в почве можно выделить как микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты), так и более крупных беспозвоночных животных, которых принято разделять по их размерам на микропедофауну – размер менее 0,1 мм, мезопедофауну – от 0,1 до 2 мм и макропедофауну – более 2 мм. Основной вклад в процессы трансформации опада вносят микроорганизмы, однако беспозвоночные крайне важны. Во-первых, когда беспозвоночные потребляют органические остатки, они их измельчают, тем самым увеличивая площадь поверхности, на которую могут заселиться микроорганизмы, участвующие в их дальнейшем разложении. Во-вторых, когда органические остатки проходят через пищеварительный тракт беспозвоночных, они частично минерализуются и гумифицируются под действием ферментов самих беспозвоночных и представителей их кишечной микрофлоры (Гиляров, 1970). Наибольший вклад в процессы разложения органических остатков вносят дождевые черви, но, если в почве их нет, деструкцией опада занимаются либо другие представители макропедофауны – личинки насекомых и энхитреиды, либо представители мезопедофауны – клещи и коллемболы.
При изучении почвенных беспозвоночных чаще всего используют методы раскопки и ручной разборки почвенных проб или почвенные ловушки (Бабенко и др., 2010). Однако эти методы позволяют оценить видовой состав, численность, плотность и т.д. почвенных беспозвоночных, но не их способность перерабатывать органические остатки. Для того, чтобы оценить степень участия мезо- и макропедофауны в процессах разложения опада, используют показатель трофической активности (ТА) почвенных сапрофагов, который может быть оценен с применением метода Balt-Lamina test.
Bait Lamina Test (BLT) – это метод, используемый в экологии и почвоведении для изучения трофической активности почвенных беспозвоночных, относящихся к группе сапрофагов. Этот тест позволяет исследовать взаимодействие микроорганизмов с органическим веществом и их роль в разложении и минерализации.
Метод основан на использовании «приманок», которые помещаются в почву. Приманки могут быть изготовлены из различных материалов, таких как целлюлоза, крахмал или другие органические соединения, которые потребляются исследуемой группой организмов.
Приманки помещаются в специальные пластины, которые затем размещаются в почве. Это позволяет беспозвоночным взаимодействовать с приманками непосредственно в месте своего обитания.
Собранные данные анализируются для оценки активности почвенных беспозвоночных и их способности разлагать органические вещества. Это может помочь в понимании процессов биодеградации и круговорота веществ в экосистемах.
Bait Lamina Test может использоваться для:
- Оценки здоровья почвы и ее способности обеспечивать благоприятные условия обитания беспозвоночных-сапрофагов.
- Изучения влияния загрязнителей на мезо- и макропедофауну.
- Исследования процессов разложения органического вещества в различных экосистемах и при различных типах землепользования.
Преимущества метода
- Простота: метод относительно прост в исполнении и не требует сложного оборудования.
- Информативность: позволяет получить данные о трофической активности почвенных сапрофагов в естественных условиях.
Цель исследования
Сравнение трофической активности беспозвоночных в почвах на участках с различными типами растительности и степенью антропогенного воздействия на территории ООПТ «Усадьба Следово».
Задачи исследования
- Сравнение экологических условий участков.
- Оценка и сравнение трофической активности почвенных сапрофагов на исследуемых участках.
Актуальность темы
Изучение состояния почвенной биоты имеет серьезное значение, поскольку связано с вопросами экологии и продовольственной безопасности. В частности, важно понимание активности почвенных беспозвоночных, относящихся к группе сапрофагов, т.к. они играют особую роль в поддержании почвенного плодородия.
Хочу выразить благодарность всем, кто помогал мне в работе: всем сотрудникам ООПТ «Усадьба Следово», Александровой Наталии Николаевне, Кузьминой Анастасии Алексеевне, Поляковой Наталье Владимировне, Романовой Екатерине, Идоленко Татьяне, Шартон Дарье, Филаретову Илье, Легкобыту Алексею, Колесниченко Александру, Романьковой Асе.
Материал и методика
Наша работа проходила в июле 2024 года на территории ООПТ «Усадьба Следово» в Костромской области (рис. 1). Нами были выбраны три участка с предположительно разными типами почв.
На выбранных участках было проведено определение доминирующих видов растений (рис. 2).
Три участка были совершенно разные.
Первый – это «Французский сад», где регулярно проводятся обработка почвы, и косится газон. По ощущениям там почва была наиболее плотной. Основную часть видов растений на данной площадке составляют такие растения как, одуванчик лекарственный, клевер ползучий, колокольчик раскидистый, а также по краям растут туи и лиственницы (рис. 3).
Второй участок – «Луг» расположен на территории залежных земель, то есть раньше там находились сельскохозяйственные угодья, которые много лет не обрабатывались и в настоящее время там произрастают луговые растения, в частности: бедренец камнеломка, ежа сборная, луговой василек, бодяк полевой, мышиный горошек (рис. 4).
Эти два участка подвергаются воздействию прямых солнечных лучей, так как на них практически отсутствует растительность верхнего яруса.
Третий участок – «Лес» расположен в смешанном лесу. На исследуемом участке доминировала растительность верхнего яруса – ель обыкновенная, присутствовал подрост в виде липы мелколистной и черемухи обыкновенной, а подстилку леса составляют кислица обыкновенная и некоторые виды щитовников. Моховой покров отсутствует, а почва была рыхлой и проницаемой (рис. 5).
На каждом из участков на расстоянии от 10 до 30 метров друг от друга были разбиты по 3 тестовых площадки 1 метр на 1 метр. На каждой площадке заложено по 25 тестовых пластин Balt-Lamina test. (рис. 6) На каждой полоске имелось 16 отверстий, наполненных питательной смесью, в которую входят микрокристаллическая целлюлоза и перемолотые листья крапивы (в соотношении 7:3), которые являются приманкой для почвенных сапрофагов.
По прошествии недели полоски были извлечены из почвы и отсканированы. Метод подразумевает визуальную оценку степени потребления приманки. Мы пользовались шкалой оценки, предложенной Воробейчиком (рис. 7).
Отличие этой шкалы от оригинальных исследований состоит в более дробной системе оценивания. После визуальной оценки каждого отверстия информация была занесена в таблицу, где была посчитана средняя степень потребления приманки для каждой пластинки и для каждого участка в целом.
Обсуждение и результаты
Сравнив и проанализировав описание почвенного профиля на участках «Луг» (табл. 1) и «Лес» (табл. 2), мы видим различия во влажности слоев А0, А1 и А2. На участке «Луг» влажность слоев А1 и А2 выше, чем на участке «Лес». Опираясь на полученные результаты, можем отметить, что микроорганизмов на участке «Лес» было меньше, чем на участке «Луг».
Для почвенных беспозвоночных наиболее важными факторами, ограничивающими их жизнедеятельность, будут являться температура и влажность почвы. Температура оказывает влияние на все процессы, протекающие в живых организмах – изменение температуры даже на один градус может приводить к серьезным изменениям в метаболизме (Звягинцев и др., 2005).
В результате наших исследований (табл. 3) было выяснено, что исследованные участки достоверно различались по трофической активности (Kruskal-Wallis test: H (2, N= 75) =16,66309 p =,0002.) (рис.8).
Анализируя данные таблицы 3, можно заметить, что максимальная трофическая активность наблюдалась на участке «Французский сад». Мы можем предположить, что на это повлияли антропогенные факторы, такие как: постоянное воздействие в виде обработки и удобрения почвы и регулярный покос газона. Кроме того, следует ожидать, что в засушливый период данный участок систематически поливался.
На участке «Луг» трофическая активность тоже была высокой. Я связываю это с обилием, разнообразием и составом растительности травяного покрова, большим количеством влаги и тепла, обилием насекомых, по сравнению с участком «Лес».
На участке «Лес» трофическая активность почвенных беспозвоночных была ниже всего. Мы можем предположить, что это определялось бедностью почвы. В свою очередь, бедность почв могла быть причиной практически полного отсутствия растений почвенного покрова, который зачастую определяет количество поступающей органики в почву. Кроме того, большое количество растений верхнего яруса дополнительно обедняют почву в виду того, что с опадом привносится очень мало зольных элементов.
Трофическая активность почвенных сапрофагов в целом, была достаточно небольшой в сравнении с другими исследованиями (А.А. Фатеева, А.А. Кудрин). Можно предположить, что на это повлияла долговременная засуха, которая была перед началом наших опытов, следовательно, биота была угнетена, а это напрямую понижает трофическую активность.
Исходя из этого, мы можем сделать выводы, что максимальная активность микроорганизмов наблюдалась на участке «Французский сад», где проводится регулярная культивация почвы.
На участке «Луг» активность микроорганизмов была также высокой. Несмотря на то, что сельскохозяйственные работы здесь давно не проводятся, участок сохраняет достаточно высокую продуктивность в основном за счет большого количества травянистых растений, а также определенную роль мог играть «эффект памяти» почвы. Ведь залежные земли обрабатывались человеком, поэтому питательные элементы в них могли еще остаться.
Минимальная активность микроорганизмов наблюдалась на участке «Лес», поскольку количество поступающей органики было также минимальным.
Вывод
Исследованные участки распределились по уменьшению трофической активности в ряду «Французский сад» – «Луг» – «Лес».
Таким образом, можно заключить, что наибольшее влияние на трофическую активность почвенных беспозвоночных на исследуемых участках оказывают гидротермические условия и антропогенная деятельность.
Источники информации
- Бабенко А.С., Булатова У.А., Нужных С.А. Методы учета почвенных беспозвоночных. – Томск: Изд-во ТГУ, 2010. 57 с.
- Воробейчик Е.Л., Бергман И.Е. Вait-lamina test в оценке загрязненных почв: выбор длительности экспонирования // Экология, 2020. № 5. С. 354-364.
- Гиляров М.С. Почвенные беспозвоночные разрушители подстилки и пути повышения их полезной деятельности // Экология, 1970. № 2. С. 8-21.
- Гуревич О.В. «Почва как среда обитания микроорганизмов» 2012 год https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=564316
- Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. – М.: Изд-во МГУ, 1986. 136 с.
- Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. – М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с.
- Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с.
- Соляников А.В. Микроорганизмы в почве / А.В. Соляников. Текст: непосредственный // Молодой ученый. 2018. № 50 (236). С. 75-77. URL: https://moluch.ru/archive/236/54777/
- Фатеева А.А., Кудрин А.А. Применение метода в оценке трофической активности почвенной фауны в бореальном лесу // Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов: XХVII Всероссийская молодежная научная конференция (с элементами научной школы). 16–20 марта 2020 г., Сыктывкар, Республика Коми, Россия / отв. редактор С. В. Дегтева – Сыктывкар: ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, 2020.
- von Törne E. Assessing feeding activities of soil-living animals. I. Bait-lamina-tests // Pedobiologia, 1990. Vol. 34.№ 2. P. 89–101.
