Тема: Мікробіологічний моніторинг стану ґрунтів агроекосистеми

Мета: ознайомити студентів із змістом мікробіологічного моніторингу та об'єктами, що досліджуються у мікробіологічному моніторингу.

Теоретичні відомості

Однією із складових екологічного моніторингу ґрунту агроекосистем є мікробіологічний моніторинг, який входить у групу параметрів, що інтегрує показники раннього діагнозу розвитку негативних явищ у стані ґрунтів. Він включає показники пригнічення життєдіяльності рослин і мікрофлори, ферментативній активності, зміни співвідношень кількостей основних еколого-трофічних груп мікроорганізмів та ін.

Метою мікробіологічного моніторингу, як складової частини загального агроекологічного моніторингу, є одержання інформації за комплексом основних параметрів біологічних властивостей ґрунту в різних регіонах країни; оцінка відповідності ґрунтів нормативним вимогам; прогнозування можливих шляхів еволюції ґрунтів під впливом тих чи інших агротехнічних заходів; видання нормативної інформації для розробки корегування агротехнічних заходів, які забезпечують розширене відтворення ґрунтової родючості і високу продуктивність агроекосистем.

Мікробний моніторинг грунтів, що входить в загальну мережу державного агроекологічного моніторингу, повинен складатися з таких етапів:
•визначення стану мікробної системи грунту за комплексом біоіндикаційних показників;

• розробка математичних моделей динаміки біоіндикаційних показників;
• включення мікробіологічних показників та моделей їх кількісних змін в державну комп’ютерну мережу агроекологічного моніторингу грунтів.

В агроекосистемах мікроорганізми являються основним фактором ґрунтоутворюючого процесу, живлення рослин і фітосанітарного стану ґрунту. Тому усі заходи, спрямовані на відновлення ґрунтової родючості і підвищення продуктивності і екологічної безпеки землеробства, мусять бути пов'язані з діяльністю мікроорганізмів.

Саме мікробіологічний моніторинг ґрунтів у різних агроекоценозах спрямовано на виконання контрольної функції стану ґрунтового середовища і створення нормативно-інформаційної бази, необхідної для розробки екологічно безпечних агротехнологій.

Моніториг функціональної структури мікробних ценозів грунту різних агроекосистеми проводиться з метою описання і діагностики їх теперішнього стану; прогнозування стратегічної спрямованості мікробіологічних процесів у ризосфері рослин, які обумовлюють деградацію, відновлення або ступінь стійкості грунтового комплексу при застосуванні різних агрозаходів; визначення мікробіологічних показників для конструювання моделей сталих агроекосистеми та формування сталого розвитку агроекосистем.

Родючість ґрунту, його самоочищувальна здатність в більшості визначається інтенсивністю і спрямованістю ферментативних реакцій. Тому, активність ферментів є універсальним показником фізіологічного стану всієї біоти грунту і відображає внутрішні біохімічні процеси і вони можуть бути критерієм оцінки тих чи інших агроприйомів.

На основі даних динаміки чисельності основних груп мікроорганізмів розраховують коефіцієнти мінералізіції-імобілізації, оліготрофності, педотрофносгі за співвідношенням кількостей мікроорганізмів різних еколого-трофічних груп. Вони вказують на спрямованість мікробіологічних процесів, що відбуваються у ґрунті, у сторону деградації або відновлення його родючості.

Найважливішими показниками якості ґрунту є біомаса мікроорганізмів, таксономічний склад мікрофлори та її функціональна різноманітність. Вони підлягають тим же закономірностям залежності від екологічних чинників, що і у випадку спостережень за макроорганізмами. Тобто з погіршенням екологічного стану ґрунту таксономічна і, відповідно, функціональна різно-манітність мікробного угрупування знижується.

Видову різноманітність мікробних угрупувань оцінюють за допомогою екологічних і індексів Шеннона та Сімпсона. Пригнічення ростових процесів рослин дає уявлення про ступені фітотоксичності грунту, що сформувалась під впливом антропогенних навантажень, або застосованих агрозаходів вирощування сільськогосподарських рослин. Аналогічний показник - токсичність ґрунту щодо тест-мікроорганізмів. Діагностування ґрунту за токсичністю дасть змогу мобільно реагувати на зміни його санітарного стану прийняттям мір до ліквідації негативних явищ.

Інтегральний показник загальної біологічної активності ґрунту визначається за виділенням вуглекислого газу і інформує про інтенсивність процесів трансформації органічної речовини, що залежить від багатьох факторів: вологості, співвідношення кількостей вуглецю і азоту, відсутності чинників, що інгібують метаболітичні реакції редуцентів і, в першу чергу, целюлозолітиків і амоніфікаторів.

На застосовані агроприйоми чітко реагує азотфіксуюча мікрофлора і показник її функціонування - загальна нітрогеназна активність ризосферного ґрунту. Нестача доступного азоту завжди інтенсифікує розвиток мікроорганізмів асимілюючих молекулярний азот і активність цього процесу. І навпаки, внесення мінеральних добрив пригнічує їх діяльність. Нітрифікаційна і денітрифікаційна активність ґрунтової мікрофлори доповнюють уявлення про азотний баланс ґрунту і також залежать від умов, що склались у конкретному біотопі. Техногенні забруднення також негативно відображаються на процесах трансформації азоту.
Поліфункціональність мікробіоти обумовлює стабілізацію і самоочищення екосистем. Присутність у грунті мікроорганізмів-антагоністів фітопатогенної мікрофлори, потенціал їх антибактеріальної та антифунгальної дії важливий показник санітарного стану грунту.

Таблиця 1

Об'єкти, що досліджуються у мікробіологічному моніторингу

Об'єкт	Показник	Метод
Чисельність основних груп мікроорганізмів	Кількість колоній утворюючих одиниць (КУО) в 1 г або. сух. грунту.	Метод граничних розведень. Коефіцієнти оліготрофності, мінералізації-імобілізації, педотрофності.
Біомаса мікроорганізмів ґрунту	Вміст вуглецю мікробної біомасимкг/ггрунту	Регідратаційний метод.
Фітотоксичність грунту	% інгібування ростових процесів рослин	Методи А.М. Гродзинського і 0.0. Берестецького
Токсичність щодо тест-культур мікроорганізмів	Площа стерильних зон, ММЇ.	Метод агарових пластин з целофаном за Н.А. Красильніковим
Активність бобово-ризобіального симбіозу	Кількість бульбочок на коренях бобових рослин	Візуальний підрахунок кількості бульбочок на коренях.
Антифунгальний та антибактеріаль-ний потенціал грунту до фіто- патогенних мікроорганізмів	Величина зони пригнічення росту фітопатогену, мм	Дифузійно-дисковий метод і його модифікації
Виділення вуглекислого газу ("дихання" грунту)	Інтенсивність виділення СОг	Абсорбційний метод В.І.Штатнова
Нітрифікаційна здатність грунту	мг М-МОз/100 г грунту за добу	Метод С. Кравкова
Денітрифікаційна здатність грунту	мг N-N03 /100 г грунту за добу	Хроматографічний метод
Целюлозолітична активність грунту	% руйнування льняної тканини у грунті, або паперу під ґрунтовою пластинкою .	Польовий метод Є.М. Мішустіна і А. М. Петрової і лабораторний
Азотфіксуюча активність грунту	мкМоль СгН4 / г грунту за Ідобу	Метод ацетиленредукції
Фосфатазна активність грунту	мг Рг05 /100 г грунту за ЗО хв. . '	Калориметричний метод
Активність інших ферментів: уреази, оксіфенолоксідази, протеази, каталази, пероксидази тощо		Методигрунтовоїензимології

Для описання стану мікробних ценозів, прогнозування спрямованості їх функціонування з метою оптимізації сільськогосподарської діяльності в агроекосистеми необхідно:

• відбирати зразки грунту не менше, ніж тричі за рік;

• досліджувати грунт ризосфери і міжрядь, тому що фактори, які вивчаються, не однаково відображаються на функціонуванні мікроорганізмів у цих локальностях;
• спостерігати мікробіологічний стан грунту по-перше, на одній ділянці сівозміни щорічно під різними культурами, які покажуть зміни, що відбуваються у ґрунті внаслідок застосованої агротехніки при вирощуванні різних культур; по-друге, на різних ділянках, слідуючи за однією культурою по полях сівозміни, що дозволить установити реакцію ризосферної мікрофлори цієї культури на застосовану агротехніку.

Література

1. Смаглій О.Ф., Кардашов А.Т. та ін. Агроекологія. - К.: Вища освіта, 2006. - С. 625 - 650.

2. Городній М.М., Шикула І.М. та ін. Агроекологія. - К.: Вища школа, 1993. - С. 337 - 344.

3. Патика В.П., Тараріко О.Г. Агроекологічний моніторинг і паспортизація земель. - К.: Фітосоціо-центр, 2002. - 296 с.

Запитання дляконтролю

1.Дайте визначення поняття "агроекологічний моніторинг", "мікроорганзми ", "редуценти ".

2.Що включає в себе мікробіологічний моніторинг ?

3. Від чого залежить родючість грунту?

Практична робота№ 17

Тема: Охорона та раціональне використання земель,