Многообразные загрязняющие вещества, попадая в агроценоз, могут претерпевать в нем различные превращения, усиливая при этом свое токсическое действие. По этой причине оказались необходимыми методы интегральной оценки качества компонентов агроценоза. Исследования проводили на базе многофакторного стационарного опыта в 11-ти польном зернотравянопропашном севообороте. В опыте изучалось влияние следующих факторов: плодородие почвы (А), система удобрений (В), система защиты растений (С). Плодородие почвы, система удобрений и система защиты растений изучались в дозах 0, 1, 2 и 3. Базовые варианты были представлены следующими комбинациями:

• 000 - исходный уровень плодородия, без применения удобрений и средств защиты растений от вредителей , болезней и сорняков;
• 111 - средний уровень плодородия почвы, минимальная доза удобрения, биологическая защита растений от вредителей и болезней;
• 222 - исходный уровень плодородия почвы, средняя доза удобрений, химическая защита растений от сорняков;
• 333 - высокий уровень плодородия почвы, высокая доза удобрений, химическая защита растений от вредителей и болезней.

Изучались варианты, где представлен только один фактор, 200 - плодородие, 020 - удобрения, 002 - средства защиты растений, а также варианты с различным сочетанием факторов - 111, 131, 133, 022, 220, 202, 331, 313, 311.

В цель работы входило изучить торможение хлоропластов и коэффициента мгновенного роста, как показателей загрязнения почвы, в различных вариантах многофакторного опыта. Для достижения поставленной цели провели статистический анализ по выявлению влияния каждого фактора на рост и развитие ряски малой.

Торможение фототаксиса хлоропластов ряски малой исследовали в различных горизонтах почвы: 0-20, 20-40 см. Анализ изменчивости фототаксиса в разных вариантах опыта показал достоверное влияние каждого из факторов (плодородия почвы, системы удобрений и системы защиты растений). Доля в общей дисперсии плодородия почвы составила 39,7%, системы удобрений - 30,7%, системы защиты растений - 30,7 %.

Достоверные различия по среднему значению коэффициента торможения фототаксиса отмечены между всеми вариантами при различных факторах (табл.1.).

Исследуемые 16 вариантов опытов были разбиты группы при изучении каждого фактора. Результаты объединения вариантов представлены в таблице 1.

По плодородию почвы отмечено достоверное различие вариантов 3, 0 и вариантов 2 и 1. По системе удобрений различие между средними вариантов 3, 0 (1 и 2). По системе защиты растений - вариант 1 от варианта 0 и вариантов 3 и 2.

Для исследования совокупного влияния факторов на торможение фототаксиса хлоропластов мы использовали различные сочетания вариантов опыта: в первом случае - 000, 002, 022, 222, 220, 200, 202, 020, во втором случае - 111, 333, 331, 313, 133, 311, 131.

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа свидетельствуют о достоверном влиянии взаимодействующих системы удобрений и системы защиты растений на различия в фототаксисе для первого случая (доля в общей дисперсии составила 10,3%). Для второго случая обнаружено достоверное влияние взаимодействующих плодородия почвы и системы удобрений (53,2%).

Трехфакторный дисперсионный анализ показал в первом случае достоверное влияние взаимодействия всех трех факторов. Доля в общей дисперсии составила 47,9%.

В работе изучали два горизонта почвы 0-20 и 20-40 см. Анализ результатов опыта показал на существенные различия между горизонтами по показателю - торможение фототаксиса. Доля в общей дисперсии плодородия почвы составила 8,8%, системы удобрений - 17,5%, системы защиты растений - 30,8%.

По средним значения, показатель плодородие почвы, достоверное различие отмечено между вариантами 2, 0 и 3, 1; по системе удобрений - между вариантами 2, 3 и 1, 0; по системе защита растений - варианты 1 и 2 и вариант 3 и 0 (табл.2.)

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа свидетельствуют о достоверном влиянии плодородия почвы и системы удобрений на различия в фототаксисе для второго случая - 53,2%. Для первого случая обнаружено достоверное влияние факторов: плодородия почвы и системы удобрений (33,0%).

Трехфакторный дисперсионный анализ показал в первом случае достоверное влияние взаимодействия всех трех факторов. Доля в общей дисперсии составила 46,0 %.

Коэффициент мгновенного роста исследовали в различных вариантах опыта 000, 111, 222, 333, 002, 200, 220. Первый этап тестирования - до внесения гербицидов на посевах озимой пшеницы (апрель), второй этап - после внесения гербицидов (май) и последний - на момент уборки (июль). Предшетвенники - подсолнечник и кукуруза на зерно.

Появление новых листецов наблюдали после короткой лаг-фазы с периодом суммарного удвоения сырой массы 2 - 4 суток.

В контроле и в каждом варианте на основании полученных результатов рассчитывали коэффициент мгновенного роста популяции ( r ) и далее рассчитывали время удвоение численности листецов (t _удв ).

Расчет этих показателей был проведен в динамике с анализом почвенных образцов. Анализ данных показал, что время удвоения популяции рясок до обработки почвы было наименьшем по сравнению с данными после обработки и на момент уборки. Общим для двух предшественников является тот факт, что после обработки наблюдали подавление интенсивности размножения, поэтому время увеличилось до 14 суток. В динамике наблюдений больший интерес вызывает отклик почвы после внесения гербицида и на момент уборки. Прежде всего взаимодействие с удобрениями и уровнем плодородия. Так, в вариантах 022, 202 - отрицательный эффект пестицидов был снивелирован (Рис. 1).

Предшественник - кукуруза.

Предшественник - подсолнечник.

Рис. 1. Изменение коэффициента мгновенного роста у ряски малой на различных вариантах агрофона.

Подчас получить прямой отклик на внесение химических препараратов может быть осложнено взаимодействием препарата с удобрениями, как органическими, так и минеральными (В.И.Танский и др., 1998; К.Федтке, 1985). Полученные данные позволили проследить динамику отклика вносимых препаратов, во всех вариантах с химическими средствами защиты, где отмечается приостановка роста индикатора.

Данные однофакторного дисперсионного анализа показали достоверное влияние каждого показателя на темпы роста ряски малой на первом этапе. На втором этапе эффект различий по плодородию почвы составил 65,0 %, по системе удобрений и системе защиты растений - по 65,0%. Факторы показали достоверные различия среднего по коэффициенту мгновенного роста варианта 222 и вариантов 000, 111, 333. На третьем этапе доля в общей дисперсии плодородия почвы составила 42,9%, системы удобрений и системы защиты растений - по 42,9%. Отмечено достоверное различие по средним значениям вариантов 000 и 111, вариантов 333 и 222.

Данные дисперсионного анализа показали на достоверное влияние предшественника на темпы роста ряски малой. Доля в общей дисперсии фактора предшественник была невелика и составила 11,1%. Доля в общей дисперсии того же фактора при анализе изменчивости коэффициента роста равна 10,9%. Достоверное влияние плодородия почвы, системы удобрений и системы защиты растений как по отдельности, так и при взаимодействии не выявлено.

Таким образом, представленные в работе данные по чувствительности рясок на различных вариантах почвенных образцов позволяют сделать следующие выводы:

1. Исследуемые образцы почвы с вариантов полевого мониторинга отличаются друг от друга по показателю торможение фототаксиса. Отмечено влияние факторов плодородия, система удобрений и средства защиты растений с долями 30,7 и 39,7% при однофакторном анализе, при двух факторном и трехфакторном - зарегистрировали совместное влияние факторов.
2. Анализ результатов опыта показал на значительные различия между горизонтами почвы по показателю - торможение фототаксиса. Отличия отмечены как по средним значениям, так и по различным предшественникам.
3. На всех вариантах, где имеются средства защиты растений наблюдается изменения положения хлоропластов и приостановка роста ряски малой.

2002

Оценить влияние тяжелых металлов на растения можно с помощью анализа водной почвенной вытяжки. Большой интерес и значение при изучении форм соединений металлов в почвах представляет их равновесная концентрация в водной вытяжке. Водорастворимые соединения ТМ являются наиболее токсичными для растений, т.к. именно эта группа соединений поглощается растениями, прежде всего.

Для анализа водной почвенной вытяжки использовали коэффициент мгновенного прироста. Отборы почвы проводили в течение всей вегетации:
      в марте - перед началом кущения;
      в мае - после проведения обработок и внесения весенних подкормок;
      в июне - перед уборкой.

Анализ таблицы показывает, что коэффициент мгновенного роста биоиндикатора по вариантам существенно отличается от контроля. Если на контрольном варианте данный показатель плавный, равномерный в течение всей вегетации, то на варианте (111) со средним фоном плодородия и биологической системой защиты растений он несколько снижен к концу вегетации. На вариантах с повышенным (222) и высоким (333) показателями всех этих факторов напротив отмечается подавление силы роста биоиндикатора. Коэффициент мгновенного роста здесь по сравнению с контролем ниже почти в 2 раза. Последующие три варианта представляют особый интерес, так как в них преобладает только по одному фактору технологии: в первом - только интегрированная система защиты от сорняков, во втором - повышенный фон плодородия (200); в третьем - средняя доза удобрений (020). Наибольший коэффициент мгновенного роста биоиндикатора отмечен на варианте с интегрированной системой защиты растений от сорняков (002) и варианте со средней дозой удобрений (020).

Результаты кластерного анализа показали на различную реакцию почвенных образцов в течение всей вегетации. Из данных анализа таблицы видно, что в марте выделялось 4 группы, в мае количество групп стало больше на одну и поменялось соотношение вариантов в группах. К уборке, когда почву отбирали в июне - все варианты разделились на 2 группы: первая с вариантами 111 и 000, вторая - 002, 222, 200, 333, 020.

Март Вариант Среднее Ранговый тест 000 4.39±0.553 *     111 4.33±0.416 *     020 3.24±0.340   *   222 2.38±0.093     * 002 1.95±0.127     * 200 1.86±0.361     * 333 1.57±0.081     *

Май Вариант Среднее Ранговый тест 000 2.52±0.047 *     002 1.72±0.156   *   222 1.09±0.040   *   020 1.00±0.123     * 333 0.95±0.219     * 200 0.95±0.049     * 111 1.61±0.093     *

Июнь Вариант Среднее Ранговый тест 111 4.36±0.319   *   000 4.29±0.557   *   002 1.65±0.193     * 222 1.05±0.513     * 200 0.98±0.076     * 333 0.96±0.104     * 020 0.95±0.143     *

Примечание: Ранговый тест проводится с целью оценки достоверности различий средних значений. Расположение звездочек на различных вертикалях отражает достоверные различия средних, на одной - недостоверные.

Дисперсионный анализ выявил взаимодействие факторов в марте: плодородие - защита растений(89,9%) , в мае- июне - плодородие - удобрения - 57%. Таким образом, биотестирование позволяет проводить мониторинг почвы в течение всего периода вегетации, подключая тест по коэффициенту мгновенного роста и аналитическую базу в качестве статистического пакета программ.

Анализ почвенных образцов с различных вариантов многофакторного эксперимента при возделывании люцерны представлял особый интерес, поскольку культура отличная от пшеницы с одной стороны, с другой - многолетняя с другой, и главное достоинство люцерны - великолепный предшественник, способный обогащать почву азотом.

Подсчитывали коэффициент роста ряски малой на каждом варианте опыта и сравнивали его с контролем (коэффициент роста ряски малой, выращенной на чистой воде). Фиксировали положительные и отрицательные отклонения или же их отсутствие. При статистической обработке данных использован трёхфакторный дисперсионный анализ с фиксированными уровнями всех трёх факторов. В качестве источников изменчивости представлены год, онтогенез (так условно обозначили период забора проб почв) и агрофон. Оценивали и взаимодействие этих факторов. Обнаружено достоверное влияние фактора год (вклад в общую дисперсию 41,8%), а также взаимодействия факторов год- фаза развития, год-агрофон, фаза развития-агрофон (доли от общей дисперсии соответственно: 22,4%, 3,6%, 3,0%).

Видно, что наибольшим вкладом в общую дисперсию обладает фактор года. Ранговый тест вскрыл достоверные различия между годами.

Год	Среднее	Ранговый тест
2	+0.89±0.0839	*
3	+0.53±0.1613		*
1	-0.69±0.678			*

Достаточно большая доля в общей дисперсии принадлежит взаимодействию факторов год-онтогенез. Результаты рангового теста приведены в таблице 2. Полученные данные позволяют более детально представить динамику изменения качества почвы

Год-Фаза развития	Среднее	Ранговый тест
3-отрастание	+1.13±0.2685	*
2-первый укос	+1.08±0.0890	*
2-отрастание	+0.70±0.1347	*
3-первый укос	-0.07±0.855		*
1-первый укос	-0.52±0.1241			*
1-отрастание	-0.86±0.0354			*

Видно, что на данных за первый год ещё сказывается влияние прежних техногенных факторов. Однако уже на второй год, даже в период отрастания люцерны наблюдается явное улучшение качества почвы, что свидетельствует о положительных изменениях, накопленных ещё в первый год возделывания культуры. Ухудшения же, отмеченные на третьем году после первого укоса, могут быть объяснены особенностями биологии самой люцерны. Наибольшая продуктивность культуры отмечается в первые два года жизни. В последующие годы травостой изреживается, сильно зарастает сорняками, продуктивность растений падает. К тому же этот период совпал с достаточно жаркими и сухими погодными условиями, а высокая температура почвы отрицательно влияет на рост корней и фиксацию азота бактериями.

Полученные данные свидетельствуют об успешном применении ряски малой в биотестировании почвы с использованием метода подсчёта реализации репродуктивного потенциала.