Диссертация (1154500), страница 17
Текст из файла (страница 17)
МЕТОДЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА3.1. Методика сбора материалаДля выполнения поставленных задач для исследования нами было выбрано 10карьеров с различными типами субстратов, находящихся на разных стадиях сукцессии.Это могли быть участки рекультивации или оставленные под самозарастание как недавноотработанных карьеров, так и заброшенных более века назад.
В переделах каждогокарьера, опираясь в основном на растительные группировки и внутренние формы рельефакарьера, были выделены максимально контрастные элементарные почвенные ареалы. Внаиболее общей форме, применяя классификацию основных типов местоположений(Исаченко, 1991) к карьерам, можно выделить следующие экотопы (Сумина, 2013):элювиальные (верхние части склонов), трансэлювиальные (средние части склонов),трансаккумулятивныеПеречисленные(подножьяучасткисклонов)отличаютсяиаккумулятивныепроисходящимиздесь(днокарьера).процессами:выноспитательных веществ, при исключительно атмосферном питании характерен дляэлювиальных позиций; контрастный режим увлажнения и частичное отложениеперемещаемоговещества–типичныепризнакитрансаккумулятивногоэкотопа;аккумуляция питательных веществ и часто застой влаги свойственен аккумулятивнымпозициям.В пределах каждого экотопа были заложены пробные площадки 25х25 м.
Места длязакладкивыбиралитакимобразом,чтобыизбежатькраевогоэффекта,т.е.предпочтительно в центральной части фитоценоза, в случаях его наличия илицентральной части экотопа, при отсутствии сомкнутого растительного покрова. Всегобыла заложена 41 площадка. На каждой площадке отмечали:- общее проективное покрытие растительности;- видовой состав высших сосудистых растений, напочвенных мхов и лишайников;- проективное покрытие каждого вида;- среднюю высоту древостоя.Также в пределах каждого участка были сделаны почвенные прикопки (от 1 до 3прикопок на 1 участок).
На каждой из почвенных прикопок были выполнены полевыеописания почв («Классификация и диагностика почв России», 2004), с каждогопочвенного горизонта отобраны образцы (по 700 г) для выполнения лабораторныханализов. Таким образом, всего было выполнено 63 почвенных прикопки. Натеррасированных участках известнякового карьера Печурки, а также на карьере по добычефосфоритов методом трубок с переменным напором (по Качинскому Н.А.) былаопределена водопроницаемость почвы.66На 7 карьерах с разными субстратами, а именно: на известняковых карьерах впоселках Елизаветино, Печурки, Новогуровский, на песчаных карьерах в Колтушах иМалуксе, на карьере по добыче огнеупорных глин в Устье-Брынкино и на карьере подобыче фосфоритов в Кингисеппе, были проведены исследования о возможностипримененияметодавертикальногоэлектрическогозондированиядляизучениявертикальной неоднородности почв.
На различных экотопах тех же площадок, на которыхпроводились почвенные и геоботанические описания, было измерено изменениекажущегося электрического сопротивления с глубиной. Работа выполнена с помощьюпортативного прибора LandMapper-03 с четырехэлектродными схемами электродовAMNB на глубине до 300 см. Широко известно, что почвы обладают собственнымэлектрическим полем, которое довольно сложно измерить напрямую, однако с помощьюэтого прибора создаются дополнительные электрические поля, накладывающиеся наестественные, возникающее в почве сопротивление также фиксируется прибором.
Несмотря на огромное количество частных процессов и явлений, существующуюнеоднородность почв, было показано, что законы электромагнетизма, в частностиуравнения Лапласа, Пуасона и Больцмана, определяющие величину и поведениеэлектрических параметров, зависят от подвижных электрических зарядов в почвах,закономерности их распределения и плотности (Поздняков, 2008).По существующей технологии электроды M и N располагают в постоянном месте впочве на расстоянии друг от друга 10 см, здесь они остаются на протяжении всеговремени работы.
Разнося электроды АВ на разное расстояние проводится измерениеэлектрического сопротивления на разной глубине (рис. 3.1).Рисунок 3.1. Схема расположения электродов и распределение токовых линийДело в том, что расположение электродов тесным образом связано с глубинойзондирования, чем больше длина питающей линии АВ, тем больше глубина67проникновения электрического тока, соответственно тем более глубоко исследован разрез.По полученным результатам исследования изменения сопротивления с глубиной черезразнос электродов, были построены функции зависимости кажущегося электрическогосопротивленияотполуразносаАВ/2.Основнымисточникоминформацииобэлектрическом сопротивлении субстрата служит разность потенциалов U, которуюизмеряют с помощью приемной линии МN, разделенная на силу тока J, с учетомкоэффициента К (геометрический параметр установки).В ходе лабораторных анализов были определены химические и физическиепараметры почв по стандартным методикам (Растворова, 1983; Химический анализ…,1995).
Были измерены следующие показатели:- субстрат индуцированное дыхание (Ananyeva et al, 2008);- базальное дыхание почвы, по методике СИД, но в необогащенной субстратомпочве;- содержание органического углерода по бихроматной окисляемости – метод И. В.Тюрина;- рН водной суспензии и солевой рН (1:2,5);- обменная кислотность и гидролитическая кислотность;- содержание СО2 карбонатов ацидиметрически (Цитович, 1994);- гигроскопическая влажность и максимальная гигроскопическая влажность(Рожков и др., 2002);- полная влагоемкость (водовместимость) и наименьшая влагоемкость (Рожков идр., 2002);- плотность почвы и плотность твердой фазы почв;- структурность и каменистость почвы методом сухого просеивания;- гранулометрический состав почвы пипет-методом Качинского с прирофосфатнойпептизацией микроагрегатов (Растворова, 1983);- фракционно-груповой состав гумуса по схеме И.
В. Тюрина, модифицированнойВ.В. Пономаревой и Т. А. Плотниковой (1980).Для некоторых карьеров было определено содержание углерода и азота методамипрямого сжигания. Определение подвижных соединений фосфора и калия проводили пометоду Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011), обменный аммонийопределяли согласно методу ЦИНАО (ГОСТ 26489-85), нитраты были определеныионометрическим методом (ГОСТ 26951-86).Для первых 9 площадок известнякового карьера в Печурках провели исследованиемикробиома почвенных образцов на базе лаборатории микробиологического мониторинга68и биоремедиации почв ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институтсельскохозяйственной микробиологии.
Образцы почвы отбирались с глубины 8-10 смпочвенных разрезов на площадках №1-9. Из каждого образца (0,2 г) была выделена ДНК спомощьюнабораMoBioPowerSoilDNAisolationkitсогласнопредписаниямпроизводителя. Очищенные препараты ДНК (10-15 нг) использовали в качестве матриц вреакции ПЦР (температурный профиль: 95°C - 30 с, 50°C - 30 с, 72°C - 30 с; всего 30циклов) с использованием полимеразы Encyclo («Евроген», Россия) и универсальныхпраймеровквариабельномуучасткуV4гена16SрРНК:F515(GTGCCAGCMGCCGCGGTAA) и R806 (GGACTACVSGGGTATCTAAT). В праймерывводили олигонуклеотидные идентификаторы для каждого образца и служебныепоследовательности, необходимые для пиросеквенирования по протоколу «Roche»(Швейцария). Подготовку проб и секвенирование выполняли на приборе GS Junior(«Roche», Швейцария) согласно рекомендациям производителя.Для верхнего органоминерального горизонта с трех точек на карьере ПО«Фосфорит» были выделены препараты гуминовых кислот по классической схеме(Александрова, 1980).
В данном случае соотношения почвы к экстрагенту составляло 1:10. Имеющиеся препараты в первую очередь были декальцированы серной кислотой, азатем подвергнуты щелочной экстракции. Гравиметрически была определена зольностьобразцов, её значения не превосходили 5%. Далее, на импульсном ЯМР (ядерныймагнитный резонанс) спектрометре Brucker Ultra_Shield_500 для полученных препаратовгуминовых кислот регистрировали твердофазные спектры ЯМР 13С.
Исследованиягуминовых кислот проведены с использованием оборудования ресурсного центраНаучного Парка СПбГУ «Магнитно-резонансные методы исследования».3.2. Методика обработки материалаПолученные ЯМР 13 С спектры препаратов гуминовых кислот с помощьютрансформации Фурье были трансформированы в количественную форму. Установлениесоответствия фрагментов было проведено согласно литературным данным (Кечайкина идр., 2011; Artinger et al., 2002; Chefetz, 2002) по диапазонам химического сдвига.
В разныхисточниках методология оценки и интерпретация интервалов химического сдвига наспектрах ЯМР может отличаться, но в целом, подходы сходны. Мы не проводили строгойидентификациипоконкретнымгруппаморганохимическойклассификациииндивидуальных химических соединений. Соотношения углерода находящихся, в разныхструктурных компонентах были оценены. Отношение содержания ароматичных структурк алифатичным AR/AL (%) было рассчитано на основании суммирования сигналов69ароматических структур по областям 105–164 и 183–190 ррm, а по алифатическим – 0–105и 164–183 ррm.Демультиплексирование, проверка качества последовательностей 16S рРНК,выделение ОТЕ (операционных единиц анализа, аналог вида), нормализация образцов,таксономическая идентификация ОТЕ, подсчет индексов альфа и бета разнообразияпроводились в пакете ПО QIIME с использованием параметров, установленных поумолчанию (Edgar et al., 2010, Huber et al., 2002).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
