Оценка биологической активности почвы с применением метода «Tea bag index» на территории Фрунзенского района Санкт-Петербурга

Автор: Филаретов Илья, 10 класс
ГБУ ДО ДДЮТ Фрунзенского района Санкт-Петербурга
ГБОУ СОШ № 489 Московского района Санкт-Петербурга
Руководитель: Александрова Наталия Николаевна
ГБУ ДО ДДЮТ Фрунзенского района Санкт-Петербурга
Научный консультант: Кузьмина Анастасия Алексеевна,
м.н.с. ЦМП им. В. В. Докучаева

Работа была представлена на школьной секции Международной научной конференции «XXVIII Докучаевские молодежные чтения «Информационная емкость знаний о почве», на II Всероссийской научно-практической конференции «Юниоры науки», Районной конференции «Купчинские чтения», 2025

Введение

Почва является важной частью большинства экосистем. Почвенные микроорганизмы вносят существенный вклад в поддержание круговорота углерода в природе, осуществляя процессы минерализации и гумификации органических остатков, поступающих в почву с опадом. Цикл углерода в почве – важный геохимический цикл, обеспечивающий стабильность углерод-кислородной системы Земли. В круговороте углерода наиболее чёткое выражение находит взаимозависимость и связь всех живых существ на Земле. Благодаря участию в этом цикле микроорганизмов почвы как деструктивного звена происходит замыкание круговорота и совершается циклическое превращение веществ и энергии в биосфере. В этом одна из главнейших функций почвенных микроорганизмов. В цикле углерода можно выделить два звена, имеющих планетарные масштабы и связанных с выделением и поглощением кислорода: 1) связывание СО₂ в процессе фотосинтеза и генерация кислорода; 2) минерализация органических веществ с выделением СО₂ и затратой кислорода. Первый процесс совершается в основном растениями, второй – микроорганизмами. Оценка биологической активности почвы важна для понимания процессов, происходящих в ней, таких как скорость разложения органического вещества и активность почвенных микроорганизмов (Звягинцев, 2005).

Для оценки данных процессов существует метод Tea Bag Index (Чайного пакетика). Метод чайного пакетика был разработан и впервые применён в Нидерландах в 2010 году и с тех пор был широко признан во всем мире. Метод основывается на имитации растительного опада путем закапывания в почву чайных пакетиков на определённый период времени. Метод Tea Bag Index прост и доступен, он не требует серьезного уровня подготовки и дорогостоящего оборудования (Keuskamp, 2013).

В Европе проект teatime4science имел огромный размах, около 375 исследовательских площадок было заложено в большинстве стран Европы. Однако в России проект не получил особого внимания, было сделано всего 8 точек исследования, которые располагались в Сибири на заповедных территориях. Связана данная неактивность с тем, что стандартные варианты чая не являются коммерчески доступными в России (Иващенко, 2021).

Цель исследовательской работы

Оценка биологической активности почвы на четырёх участках, расположенных на территории Фрунзенского района города Санкт-Петербурга.

Для поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Сравнить привлекательность разных сортов чая для микроорганизмов.
2. Сравнить биологическую активность разных по составу почв.

Благодарности:

• Сотрудникам Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева
• Александровой Наталии Николаевне
• Белимовой Софье
• Романовой Екатерине
• Разгуляевой Алёне
• Колесниченко Александру
• Малаховой Александре

Материал и методика

Методика

Наша исследовательская работа является частью первого пилотного проекта волонтерской науки по исследованию микробиологической активности почв г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области с применением метода чайного пакетика, организованным Центральным музеем почвоведения имени В. В. Докучаев. Проект затронул 8 районов Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Учениками и их педагогами был заложен 41 участок и закопано 246 чайных пакетиков.

Было использовано два сорта чай зелёный чай «Berton Green Leaf» в пирамидках и чай Ройбуш Вкусвилл (рис. 1). На каждом участке было заложено 3 пакетика зелёного чая «Berton Green Leaf» и 3 пакетика чая Ройбуш Вкусвилл. Пакетики должны быть неиспользованные. Каждый пакетик взвешивается (вместе с этикеткой) на весах с точностью до 0,0001, маркируются (рис. 2) и закапываются. Взвешивания и сушка пакетиков проводилась на базе Центрального музея почвоведения имени В.В. Докучаева.

Для проведения эксперимента было выбрано 4 участка: первый на придомовой (школьной) территории с северной стороны здания, второй на придомовой (школьной) территории с южной стороны здания, третий расположенный в 3-5 м от автомобильной дороги, четвёртый в сквере/парке/заказнике в черте города.

На каждом участке выбирались три точки исследования. Точки исследования представляли собой прикопки 8 см глубиной и 20-30 см в ширину (рис. 3). В мае 2024 года на каждой исследовательской точке были закопаны в почву по 2 чайных пакетика (Зелёный чай и Ройбуш), на расстоянии 15 см. Через 1 метр выкапывалась вторая точка исследования, и действия повторялись. Места, где закопаны пакетики, никак дополнительно не помечались, так как участки находились на территории городских газонов.

В августе 2024 года, ровно через 90 дней после закапывания, пакетики были изъяты из почвы. После изъятия, чайные пакетики, помещенные в полиэтиленовые пакеты, были доставлены в лабораторию в Центральном музее имени В.В. Докучаева, где производилась сушка при температуре 70 градусов по Цельсию в течение 48 часов. Перед сушкой и взвешиванием пакетики очистили от остатков почвы и мелких корней. После просушивания пакетиков проводиться повторное взвешивание с целью вычисления разницы массы до закапывания и после.

На каждом участке из одной из точек исследования проводился сбор образцов почвы с глубины 0-5 см и глубины 5-8 см. Описывались следующие характеристики почвы: влажность, сложение и гранулометрический состав (по способу скатывания шнура) (рис. 4).

Участки

1 участок

Место: газон с северной стороны здания (рис.5).
Описание растительности: ива, клён остролистный, нивяник, крапива, чина.
Описание почвы: на глубине 5-8 см: сухая, лёгкие суглинок, рыхлое сложение. На глубине 0–5 см: сухая, супесь, рассыпчатое сложение.

2 участок

Место: газон с южной стороны здания (рис. 6).
Описание растительности: будра плющелистная, клевер ползучий, ежа сборная, купырь, щавель конский, лютик едкий и ползучий, одуванчик, манжетка, яснотка белая.
Описание почвы: на глубине 5-8 см: сухая, лёгкий суглинок, рыхлое сложение. На глубине 0–5 см: сухая, супесь, рассыпчатое сложение.

3 участок

Место: парк Яблоневый сад, место на газоне (рис. 7).
Описание растительности: одуванчик лекарственный, мятлик, клевер ползучий, яблоня, ива, репейник, лапчатка, подорожник, луговые злаки.
Описание почвы: на глубине 5-8 см: сухая, средний суглинок, рыхлое сложение, много включений, дождевой червь. На глубине 0-5 см: сухая, средний суглинок, уплотнённое сложение, дождевой червь.

4 участок

Место: газон в 4 метрах от проспекта Славы (рис. 8).
Описание растительности: одуванчик лекарственный, вяз, акация, боярышник, луговые злаки, газонная трава.
Описание почвы: на глубине 5-8 см: сухая, тяжелый суглинок, уплотнённое сложение, без включений. На глубине 0-5 см: сухая, средний суглинок, уплотнённое сложение, чья-то личинка.

Результаты

Метод Tea Bag Index (TBI) был использован для оценки биологической активности почвы на четырех различных участках. Исследование проводилось с целью оценить биологическую активность участков.

1. Участок на придомовой территории с северной стороны дома;
2. Участок на придомовой территории с южной стороны дома;
3. Участок, расположенный в 3-5 м от автомобильной дороги;
4. Участок в парке в черте города.

По нашим результатам, на первом участке среднее арифметическое значение изменения массы чайных пакетиков составило 44% для Зелёного чая и 18% для чая Ройбуша, что является наименьшим значением среди всех четырёх участков. Вероятнее всего связано это с низкой освещённостью и как следствие, скудной травянистой растительностью (Табл. 1.). Второй участок показал наилучшие результаты – 65% для Зелёного чая и 43% – для Ройбуша, несмотря на то, что почва на нём такая же, как и на первом. Их главное отличие в том, что на 2 участке ничто не прикрывало участок от солнца и как следствие, земля более «зелёная». Во время выкапывания пакетиков на третьем участке все пакетики чая Ройбуш не были найдены, поэтому на их месте стоит 0. На третьем и четвёртом участке результаты оказались схожие, 55% – для Зелёного чая на третьем, 53% – для Зелёного и 27% – для чая Ройбуша, но всё же есть отличия в пользу третьего участка. Растительность на двух участках (третьем и четвёртом) представлена типичными растениями городских газонов, освещённость одинакова. Следуя из этого, можно сказать, что на третьем участке биологическая активность почв выше из-за менее плотного сложения почвы (табл. 1).

На всех участках наблюдается относительно небольшой процент изменения массы чая Ройбуш по сравнению с Зелёным чаем. Отличие в среднем на 25% (Рис. 9). В статье Tea Bag Index: a novel approach to collect uniform decomposition data across eco systems авторами было установлено, что Зелёный чай состоит из листьев Camellia sinensis, тогда как в чае Ройбуш из листьев и побегов Aspalathus linearis. Следуя из этого чай Ройбуш имитирует более сложный «одревесневший» опад, а Зелёный чай более простой для микробного разложения лиственный опад.

Выводы

1. Для микроорганизмов наиболее привлекательной приманкой оказался Зелёный чай, чем Ройбуш.
2. Микроорганизмы более активны в не плотной почве, с большим количеством растительности.

Источники информации

• Звягинцев А.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М.  Биология почв: Учебник. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 445 с.
• Иващенко К.В., Корнейкова М.В., Сальник Н.В, Салтан Н.В., Саржанов Д.А., Долгих А.В., Слуковская М.В., Горбов С.Н., Васенев В.И. Оценка микробной активности почв вдоль широтного градиента ЕТР: применение международного подхода Tea bag index //БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ УГЛЕРОДА И АЗОТА/ – 2021.
• Популярный атлас-определитель. Дикорастущие растения / В.С.Новиков, И.А.Губанов. – 2-е изд., стереотип. – М.Дрофа, 2004. – 416 с.: ил. ISBN 5-7107-8717-5
• Keuskamp J.A., Dingemans B.J.J., Lehtinen T., Sarneel J.M., Hefting M.M. Tea Bag Index: a novel approach to collect uniform decomposition data across eco
  systems // Methods in Ecology and Evolution/ – 2013.