Validace a optimalizace postupu odběrů, transportu a úpravy vzorků půd pro mikrobiální analýzy

Bc. Michala Nešporová

Master's thesis

Validation and optimization of soil sampling, soil sample transport and handling for microbial assessment of soils

Abstract:

Mikrobiální parametry půd jsou velmi významnou složkou biomonitoringu v terestrických ekosystémech. Umožňují indikovat probíhající negativní procesy v půdě včetně toxického působení půdních kontaminantů. Z mnoha studií je známo, že mikrobiální parametry v reálných půdách vykazují značnou časovou a prostorovou variabilitu. K té se navíc přidává různou měrou vliv manipulace s odebraným vzorkem půdy a variabilita daných mikrobiálních metod. Je překvapující, že ačkoli existují určitá doporučení pro skladování a manipulaci s půdou pro účely mikrobiálních analýz, systematický průzkum těchto vlivů na jednotlivé parametry a zejména na jejich následnou citlivost v testech toxicity ještě nebyl proveden. Cílem této práce bylo vyhodnotit vliv skladování a úpravy půdních vzorků na vybrané mikrobiální parametry tří půd – orná, trvalý travní porost a lesní půda. Hodnocené parametry zahrnovaly bazální respiraci - BR, substrátem indukovanou respiraci - SIR, mikrobiální biomasu - Cbio, amonifikaci - AMO, potenciální amonifikaci - PAMO a krátkodobou potenciální nitrifikaci - PAO. Proběhlo srovnání nejfrekventovanějších forem skladování (tj. v lednici při teplotě 4 °C , v mrazáku při teplotě -18 °C a ve vysušené podobě za laboratorní teploty 22 °C) a zhodnocení vlivu délky skladování (jeden až šest měsíců). Pro správné vyhodnocení bylo také nutné zjistit vlastní variabilitu používaných metod. Dalším úkolem bylo určit vliv velikostní frakce půdy (1, 2, 4 mm) na mikrobiální parametry uhlíku (BR, SIR, Cbio). Ve finále se pak tato práce zabývá vlivem skladování na citlivost mikroorganismů v testech toxicity s kadmiem. Ze získaných výsledků porovnání různých typů skladování vyplynulo, že skladování může parametry uhlíku jak stimulovat, tak inhibovat. Celkově byly hodnoty parametrů uhlíku nejvíce podobné čerstvé půdě při skladování v lednici (4 °C). Rozdíl v hodnotách mikrobiálních parametrů cyklu uhlíku pro velikostní frakce orné a lesní půdy se téměř nevyskytuje. Efekt se objevil pouze u trvalého travního porostu, kdy frakce 4 mm vykazuje u metod BR a SIR nejnižší hodnoty. Variabilita metod byla sledovaná v další fázi experimentů několikerým opakováním metody na stejném vzorku během krátké doby. Výsledky se liší pro stanovení jednotlivých prvků. Pro parametry uhlíku se pohybuje maximálně do 15%. Pro parametry dusíku je vyšší, u PAO je do 16%, AMO do 30%, PAMO do 40% - u lesní půdy až 100%. Z vyhodnocení vlivu skladování na citlivost v testu toxicity kadmia na mikroorganismy vyplývá, že u BR dochází ve všech typech skladování ke snížení citlivosti mikroorganismů vůči kadmiu. Ostatní metody vykazují spíše nárůst citlivosti. Pro mikrobiální biomasu (Cbio) byla citlivost nejvíce zvýšená skladováním v mrazáku a u substrátem indukované respirace také skladováním v lednici. Pro parametry dusíku je skladováním citlivost také zvýšena, ale různou mírou. Efekt se zde liší podle charakteru půdy a metody skladování.

Abstract:

Soil microbial parameters are very important part of monitoring in terrestric ecosystems. They make possible to indicate negative processes in the soil including toxic influence of soil contaminants. Microbial parameters in real soils show a big temporal and spatial variability, which is known from a lot of studies. The other source of variability can be also manipulation with samples and variability of used methods. It is surprising, although we have some references to storage and manipulation with soil for microbial analyses, nobody made a systematic research of these influences to parameters of biomass and their susceptibility in toxicity tests. The aim of this work was to determine the influence of storage on select microbial parameters of soil (basal respiration – BR, substrate induced respiration – SIR, content of extractable carbon in microbial cells - Cbio, ammonification – PAMO, potential ammonification – PAMO and short-term potential nitrification – PAO). We compared the way of storage (in frige at 4 °C, in freezer at -18 °C and in dry condition at 22 °C) and time of storage (from one to six month). In the next step we determine the variability of all methods, which were used. The next part was aimed to determine the influence of size-fraction (1, 2, 4 mm) on microbial carbon parameters (BR, SIR, Cbio). And the final part of this work was about influence of storage to toxicity tests of cadmium to microorganisms. The results of the comparison of different ways of storage show that values of carbon parameters from frige is the closest to the values measure in the fresh soil. The difference between values of carbon microbial parameters doesn’t occure in arable and forest soil. Effect exists only in the pasture soil that is the least value for size fraction 4 mm at BR and SIR methods. Variability of the methods is different for assessment each element. For carbon parameters it move most to 15%. For nitrogen parameters is the variability bigger than for carbon parameters. For PAO variability is about 16%, for AMO it is about 30% and for PAMO variability is about 40% - for forest soil it is up to 100%. We find in evaluation of influence of storage to susceptibility in toxicity test with cadmium to soil microorganisms that by BR method susceptibility of microorganisms decline. And susceptibility increases by other methods.

Keywords

skladování půdy, mikrobiální biomasa, půdní mikroorganismy, velikostní frakce půdy, toxicita Cd soil storage, microbial biomass, soil microorganisms, soil size-fractions, toxicity of cadmium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 5. 2008

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2008
• Supervisor: doc. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / General Biology