Микробная трансформация закиси азота в почвах

• Автор: Степанов, Алексей Львович
• Шифр специальности: 03.00.27, 03.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 272 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ .

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЗАКИСИ АЗОТА

1.1 .Глобальные источники и стоки закиси азота

1.2.Биологические пути образования и поглощения

закиси азота в почвах.

2. ОБРАЗОВАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗАКИСИ АЗОТА

ПОД ВЛИЯНИЕМ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

3. МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗАКИСИ АЗОТА

В ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВАХ

3.1.Микробные сообщества засоленных почв .

3.2.Влияние солей на процессы азотного цикла
в почвах
4. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ КАК ФАКТОР ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВЕННУЮ МИКРОБИОТУ
4.1.Влияние тяжелых металлов на численность и структуру комплекса почвенных микроорганизмов .
4.2.Влияние тяжелых металлов на биологическую активность почв
5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПЕСТИЦИДОВ НА ПОЧВЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ .
5.1 .Пестициды как токсиканты окружающей среды .
5.2.Влияние пестицидов на активность микробиологических процессов в почвах
5.3.Влияние пестицидов на активность отдельных систематических групп микроорганизмов
6. МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗАКИСИ АЗОТА
ВНУТРИ ПОЧВЕННЫХ АГРЕГАТОВ
6.1 .Распределение и активность микроорганизмов
внутри почвенных агрегатов .
6.2.0бразование и поглощение газов в почвенных
агрегатах
6.3.Модели формирования анаэробных зон внутри почвенных агрегатов .
6.4.Влияние агрегатного состава на эмиссию
закиси азота из почв .
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
7. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
7.1.Почвы .
7.2.Методы определения концентрации газов .
7.3.Проведение полевых, вегетационных и лизиметрических исследований.
7.4.Методы выделения денитрифицирующих
бактерий .
7.5.Определение денитрифицирующей активности
выделенных штаммов .
7.6.Количественный учет бактерий и грибов в
почвенных агрегатах
7.7.Определение агрегатного состава почв
7.8.Выделение водопрочных агрегатов .
7.9.Методы изучения микробной трансформации
азота в засоленных почвах
7.9.1.Методы исследования воздействия уиз л учения на активность денитрифицирующих бактерий в почвах
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
8. ОБРАЗОВАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗАКИСИ
АЗОТА В ПОЧВАХ РАЗНЫХ ТИПОВ
8.1 .Выделение и поглощение закиси зота денитрифицирующими бактериями в основных типах
почв Европейской части России
8.2.Интенсивность образования и поглощения
закиси азота в полевых условиях
8.3.Биомасса денитрифицирующих бактерий, осуществляющих выделение и поглощение
закиси азота в почвах
8.4.Микробное поглощение закиси азота в
почвах .
9. МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗАКИСИ АЗОТА
В ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВАХ .
9.1 Активность денитрификации и биомасса денитрификаторов в засоленных почвах
9.2.Интенсивность дыхания и микробная
биомасса в засоленных почвах .
9.3.Соотношение численности галотолерантных
и гатофильных бактерий в засоленных почвах .
9.4.Влияние солей на образование и поглощение
закиси азота де нитрифицирующими бактериями
9.5.Влияние засоления на процессы образования и поглощения закиси азота в зоначьныхтипах почв
9.6.Микробная трансформация закиси азота в условиях солевого стресса .
. ОБРАЗОВАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗАКИСИ АЗОТА В ПОЧВАХ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ .
.1. Влияние минеральных азотных удобрений
на эмиссию закиси азота из почв
.2.Влияние пестицидов на образование и поглощение закиси азота в почвах .
.3.Влияние солей тяжелых металлов на образование и поглощение закиси азота
в почвах .
ЮАВлияние тяжелых металлов на активность чистых культур денитрифицирующих
бактерий
.5. Влияние из лучения на активность денитрифицирующих бактерий в почвах .
.6.Особенности трансформации закиси азота
в древнеокультуренных погребенных почвах
. ВЛИЯНИЕ УВЛАЖНЕНИЯ НА ОБРАЗОВАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗАКИСИ АЗОТА В ПОЧВАХ .
. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ЗАКИСИ
АЗОТА В ПОЧВЕННЫХ АГРЕГАТАХ
.1.Анаэробные процессы в почвенных агрегатах
малого диаметра .
.1.1 .Выделение С из агрегатов малого диаметра .
.1.2.Образование в почвенных агрегатах .
.1.3.Эмиссия метана в зависимости от диаметра
почвенных агрегатов
.2.Особенности образования и поглощения
закиси азота в водопрочных агрегатах .
.3.Распределение микроорганизмов внутри
почвенных агрегатов
.4.Структура комплекса денитрифицирующих
бактерий в агрегатах разных типов почв .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ВЫВОДЫ .
ЛИТЕРАТУРА


В целом, все элементы окружающей среды, где азотные компоненты трансформируются в ходе биологических процессов, являются потенциальными источниками закиси азота. Несмотря на то, что закись азота относительно устойчива к внешним воздействиям, в верхних слоях атмосферы она претерпевает ряд фотохимических превращений, которые рассматриваются в качестве основных путей поглощения . При этом указанные процессы включают в себя те реакции, которые сопровождаются деградацией слоя стратосферного озона, тем самым снижая эффективность озонового экрана планеты. Считается, что почвы также способны выполнять функцию стока для атмосферной закиси азота iiv . Предполагается, что этот путь имеет небольшое значение в глобальном масштабе, но поскольку убыль закиси азота за счет реакций в стратосфере протекает медленно, то даже сравнительно малое поглощение ее почвой может вносить значительный вклад в уменьшение концентрации в атмосфере i, . Известны также и другие пути поглощения закиси азота из воздуха. Было установлено vv , что содержание закиси азота в дождевой воде составляет около 0. Следовательно, при среднем уровне выпадаемых осадков ммгод, может быть связано и возвращено в почву только около 3 г га за год. Относительно недавно появились сообщения о том, что растения также способны поглощать закись азота из воздуха и метаболизировать ее как источник азота . Однако этот процесс мог осуществляться филосферными бактериями, ассоциированными с растением. Пока нет доказательств способности растений напрямую ассимилировать двухатомные соединения азота 2 или i, vi, vi, . Денитрификация рассматривается как способность аэробных бактерий окислять органическое вещество в отсутствие кислорода с использованием нитратов в качестве конечных акцепторов электронов, поэтому процесс часто называют нитратным дыханием. В результате происходит окисление органического вещества до диоксида углерода и восстановление нитратов через стадии образования промежуточных продуктов , , до молекулярного азота. Полная цепь нитратного дыхания имеется лишь у ограниченного числа микроорганизмов, гак называемых, истинных денитрификаторов Львов, . К ним, например, относятся некоторые виды родов , , i, i, ii. Часто диссимиляционное восстановление нитратов в почве протекает в усеченной форме только до нитритов например, у представителей родов ii, i, iii или заканчиваться на стадии образования закиси азота . I, , . Большинство почвенных бактерий, по всей видимости, способно к денитрификации, но при этом используют разнообразные пути неполного восстановления. Процесс денитрификации, протекающий с образованием 1Т , обычно осуществляется в условиях более маргинальных относительно продуцирования 2 например, низкам температура, высокая кислотность, присутствие кислорода. Таким образом, Ы является преимущественным продуктом реакции при крайних маргинальных условиях. Некоторые бактерии могут получать энергию, используя нитраты для окисления неорганических соединений, например Б2, Ре т. Это может происходить там, где нитраты поступают в зоны, богатые сульфидом железа Каравайко, . Тем не менее, гетеротрофная денитрификация рассматривается как один из наиболее важных источников закиси азота в почвах. Денитрификация считается бактериальным процессом, однако способность образовывать закись азота присуща многим грибам В1еак1еу, Т1ебе, ЭИоип а. Таким образом, способность к истинной денитрификации у грибов следует считать не доказанной. Об этом свидетельствует также отсутствие влияния ацетилена на активность образования закиси азота грибами Пахненко, . Этот процесс можно рассматривать с т. Способность осуществлять гетеротрофную нитрификацию очень широко распространена среди почвенных микромицетов. Указанные особенности позволяют объяснить низкую активность выделения закиси азота грибами на несколько порядков ниже по сравнению с денитрифицирующими бактериями Кураков с соавт. Повидимому, этот источник закиси азота в почвах следует рассматривать как малозначимый. Способность к диссимиляционному восстановлению нитратов в аммоний ДВНА широко распространена среди почвенных бактерий v, Iv, . С физиологической т.