Научная статья на тему 'Количественная оценка микробных сообществ эродированных почв Вармийской возвышенности'

Количественная оценка микробных сообществ эродированных почв Вармийской возвышенности Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
222
77
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Юсов А. И.

Представлена динамика сезонных колебаний численности микробных сообществ. Выявлены закономерности количественных изменений микробного населения эродированных почв в условиях ландшафта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Юсов А. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Assessment of Varminskaya elevation microbic cenosis of erodic soil

The article presents the dynamics of seasonal changes in number of microbic communities cenosis. Regularity of number changes in microbic population of erosion soul is also presented.

Текст научной работы на тему «Количественная оценка микробных сообществ эродированных почв Вармийской возвышенности»

Гигрофильная растительность р. Деймы

семейств. Отмечена взаимосвязь видового разнообразия с градациями экологических факторов (У, ПУ, А, БЗ) и суммарного проективного покрытия сообществ. Показано, что увеличение антропогенного влияния ведет к уменьшению разнообразия и обилия видов в водных фитоценозах.

Список литературы

1. Зарубина Е.Ю. Гигрофильная флора и ее роль в индикации состояния водных экосистем (на примере бассейна Верхней Оби и области замкнутого стока Кулудинской низменности): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Барнаул, 1999.

2. Лихачева Т. В. Эколого-фитоценотические закономерности распределения растительного покрова водохранилищ Удмуртской Республики: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Ижевск, 2007.

3. Калининградская область. Очерки природы. Калининград, 1999. С. 69—83.

4. Гидрологический очерк устьевых областей рек Немана и Преголи // Труды Государственного океанографического института. 1960. Вып. 49. С. 118 — 187.

5. Янчуревич О. В. Репродукция Капа 1етрогапа Ь. в условиях урбанизированных ландшафтов // Вестк Гродзенскага дзяржанага утвератэта 1мя Янк1 Купалы. Сер. 2. 2003. № 1 (12). С. 93 — 100.

6. Раменский Л. Г. и др. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М., 1956.

7. Алехин В. В. Теоретические проблемы фитоценологии и степеведения. М., 1986. С. 111 — 119.

Об авторе

Я. В. Парфенова — асп., КГТУ, jparfenova@mail.ru.

83

УДК 631

А. И. Юсов

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ ВАРМИЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

Представлена динамика сезонных колебаний численности микробных сообществ. Выявлены закономерности количественных изменений микробного населения эродированных почв в условиях ландшафта.

The article presents the dynamics of seasonal changes in number of microbic communities cenosis. Regularity of number changes in microbic population of erosion soul is also presented.

Изучение почвообразования и деградации почвенного покрова на уровне физико-химических процессов дало большое количество результатов, но адекватное понимание функционирования почвы возможно лишь при всестороннем исследовании жизнедеятельности почвенных микроорганизмов [1, с. 694], в том числе и эродированных почв. Наличие в почве избыточной микробной биомассы в сочетании с избы-

Вестник РГУ им. И. Канта. 2008. Вып. 1. Естественные науки. С. 83 — 89.

84

точным же видовым разнообразием является одной из главных причин устойчивости почвы к неблагоприятным воздействиям [2, с. 137]. Но отсутствие критериев «эталонного» состояния этих параметров усложняет выполнение практических задач экологического мониторинга эродированных почв Калининградской области. Поэтому при исследовании данного вопроса важное значение приобретает изучение микробного сообщества — как совокупности взаимодействующих между собой микроорганизмов, объединенных прежде всего трофическими связями, которые могут быть как кооперативными в использовании питательного субстрата, так и конкурентными в условиях разбалансированной экосистемы эродированных почв [3, с. 217].

Наиболее характерным диагностическим и агропроизводственным показателем эродированных почв, определяющим их свойства и уровень плодородия, является содержание в этих почвах органического вещества и процессы его трансформации.

Органическое вещество почвы определяется совокупностью живой биомассы, органических остатков растений, микроорганизмов и животных различной степени разложения (детрита), продуктов их метаболизма и гумуса. В органическом веществе аккумулируются запасы элементов питания и энергии, оно является регулятором главнейших физических, химических и биологических процессов, происходящих в почве.

Источниками органической части почвы служат поступающие в нее органические остатки различной природы. Наибольшую биомассу и годичный прирост в наземных биоценозах имеют зеленые растения (автотрофы), способные синтезировать органические вещества из минеральных соединений [4, с. 705].

Таким образом, общее количество микроорганизмов (хемооргано-трофов, в частности сапротрофов), принимающих непосредственное участие в процессе трансформации биомассы органических остатков и получающих необходимую энергию и углерод из сложных органических соединений, можно принять в качестве индикатора как уровня плодородия почвы, так и степени ее эродированности.

Исследования микробиологических показателей эродированных почв проводились на ключевых участках северных склонов Вармийской возвышенности, занимающей юго-западную часть Калининградской области.

Для учета численности микроорганизмов с исследуемых участков (а в данном случае — из каждого почвенного разреза) бралась средняя почвенная проба. Анализы проводились с соблюдением правил строгой асептики в первые сутки после отбора проб.

При определении численности колониеобразующих единиц (КОЕ) из отобранных с глубины 10 см образцов были приготовлены почвенные суспензии различной степени разведения. Для выявления групп сапротрофных микроорганизмов применялись различные по составу питательные среды. Для выявления общего количества бактерий, акти-номицетов и микроскопических грибов проводился поверхностный посев (степень разведения 10—3) на мясопептонный агар (МПА) + сусло-агар в соотношении 1:1; бактерий и актиномицетов — на среду МПА (степень разведения 10 —6), в пяти повторностях для каждого разведе-

ния на соответствующей среде. Чашки с посевами для инкубации микроорганизмов были помещены в термостат с температурой 37°С.

Подсчет клеток при посеве на смешанной среде (МПА + сусло-агар) проводился на вторые сутки; при посеве на МПА — на пятые сутки. Приготовление питательных сред, посев, подсчет проросших клеток проводились по общепринятым методикам [5, с. 149].

Сезонная динамика изменения численности микробных сообществ исследовалась на почвах различного гранулометрического состава. Исследования проводились в 2006 г. на среднеэродированных почвенных разностях при их залегании на верхних частях геоморфологических профилей ключевых участков «Сосновка» и «Ильичевка» (табл. 1).

Таблица 1

Динамика микробиологических процессов эродированных почв

85

Ключевой участок. Тип почвы Питательные среды КОЕ, тыс./г по месяцам

май июль сентябрь

«Сосновка». Дерново-подзолистая среднесуглинистая слабоэродирован-ная на моренных суглинках МПА 7947 6240 6785

МПА + сусло-агар 14230 11588 12090

«Ильичевка». Бурая ненасыщенная супесчаная слабоэродированная на флю-виогляциальных супесях и песках МПА 3958 2954 3162

МПА + сусло-агар 10682 7836 8375

Для всех почв и периодов преобладающими в микронаселении являются микроскопические грибы. Причина этого — повышенная кислотность почвенного раствора, характерная для всех типов почв Калининградской области [6, с. 59], которая подавляет развитие бактерий и актиномицетов [7, с. 280]. Поэтому уменьшение количества микроорганизмов происходит, главным образом, за счет группы бактерий.

В зависимости от гранулометрического состава почв количество микроорганизмов в них неодинаково. Супесчаные почвы характеризуются более низким количеством микроорганизмов. Количество микроорганизмов на эродированных почвах в летний период уменьшается в большей степени по сравнению с весенним и осенним периодами. Это указывает на влияние совокупности всех экологических факторов и изменение одного из них, например содержания в почве влаги, и ведет к депрессии развития микробного сообщества.

Биодиагностика эродированных почв позволяет оценить их биологическую активность и плодородие и выявить негативные последствия антропогенного воздействия (табл. 2).

На почвах тяжелого гранулометрического состава с неявными признаками эрозии, т. е. на почвах с нормальной геологической денудацией, увеличение КОЕ при посевах на МПА и МПА+сусло-агар происходит, соответственно, от вершины к основанию склона. Они во много раз превышают эти же показатели на почвах более легкого гранулометрического состава из-за относительно высокого содержания органического вещества.

S6

Количество бактерий возрастает с изменением степени эродиро-ванности от слабо до очень сильно эродированных легкосуглинистых и супесчаных почв на различных элементах микроландшафта склонов с резким увеличением КОЕ при переносе вещества к базису эрозии. Результаты посевов на смешанную среду (МПА+сусло-агар) прямо указывают на зависимость от степени эродированности — с ее увеличением сокращается количество микроорганизмов данного сообщества.

Прямой корреляции роста микроорганизмов различных типов почв от количества органического вещества не обнаружено, что указывает на фульватно-гуматный тип гумусообразования с содержанием в почве водно-подвижных форм азота. Это дает дополнительную возможность для диагностики процесса трансформации органического вещества почв и его миграции на основе показателей биологической активности.

Рассмотрим в качестве примера опытный участок Вармийской возвышенности (ключ «Ильичевка»), заложенный на дерново-скрытоподзолистых почвах разной степени эродированности.

Склон характеризуется уменьшением гумусово-элювиального и гумусово-иллювиального горизонтов вниз по профилю с 72 до 12 см и аккумуляцией гумуса у базиса эрозии до 35 см. В связи с высокой степенью эродированности склона поверхность почвы заметно осветлена, наблюдается выход материнской породы и хряща. Из физических свойств для этой почвы характерна бесструктурность, низкая водоудерживающая и плохая водоподъемная способность, хорошая водопроницаемость на верхней половине склона. Гранулометрический состав характеризуется преобладанием песчаных фракций, со значительным содержанием скелетных частиц. Илистая фракция представлена незначительным количеством. Подстилание более плотной породой вызывает застой влаги и приводит к образованию оглеения в нижней части склона.

Изменение численности КОЕ зависит от ландшафтных характеристик исследуемого участка, в том числе и от степени эродированности склона вниз по профилю и аккумуляцией гумуса у базиса эрозии, а также от всего комплекса экологических факторов (влажности, температуры, количества элементов питания, содержания почвенного воздуха, межвидовой конкуренции и др.) развития микроорганизмов (рис. 1).

Это предположение можно проверить, сравнивая изменение, во-первых, видового состава микробного сообщества при изменении состава питательной среды и, во-вторых, общей биологической активности почв при изменении экологических факторов.

Сравнительный анализ культивирования микроорганизмов на разных питательных средах дает представление об изменении их видового состава в эродированной почве (рис. 2).

Культивирование бактерий при параллельном посеве на МПА показало: увеличение их числа наблюдается в максимально эродированном почвенном покрове; их наибольший рост — при аккумуляции мелкозема у базиса эрозии. Однако межвидовая конкуренция за элементы питания в эродированных почвах и нестабильность других экологических факторов приводят к взаимоподавлению развития видов в микробных сообществах, т. е. к появлению некультивируемых форм, что

87

предполагает нахождение микрофлоры этих почв значительный период времени в латентном состоянии.

88

2500000і

2000000-

1500000-

1000000-

500000-

1

Рис. 1. Численность различных групп микроорганизмов (бактерий и грибов) в 1 г почвы:

1 — неэродированная почва; 2 — слабоэродированная почва;

3 — очень сильно эродированная почва; 4 — сильноэродированная почва

0

2000000

1800000

1600000

1400000

1200000

1000000

800000

600000

400000

200000

0

Ё=Р &

^о=и

1

4

Рис. 2. Численность бактерий в 1 г почвы:

1 — неэродированная почва; 2 — слабоэродированная почва;

3 — очень сильно эродированная почва; 4 — сильноэродированная почва

Выводы

1. Микробиологические сведения об эродированных почвах могут быть использованы для экологического мониторинга при оценке антропогенного влияния на ландшафты.

2. Сезонное изменение активности микроорганизмов в сторону уменьшения происходит по схеме весна ^ осень ^ лето в зависимости от сезонного изменения условий ландшафтно-экологической среды.

3. Определение общего количества КОЕ при культивировании на смешанной питательной среде (МПА + сусло-агар) может служить диагностическим признаком интенсивности проявления эрозионных процессов.

Список литературы

1. Добровольский Г. В. Значение почв в сохранении биоразнообразия // Почвоведение. 1996. № 6. С. 694—697.

2. Асланова Р. Г. Влияние эрозионных процессов на микрофлору горно-лесных коричневых и горно-каштановых почв Ханларского района / / Научная конференция по проблеме «Эрозия почв и закрепление эродированных земель в Азербайджанской ССР», посвященная 25-летию основания научно-исследовательского сектора эрозии: Материалы. Баку, 1975. С. 137 — 138.

3. Тагиева О. А., Гусейнова Л. М. Сезонная динамика микроорганизмов на эродированных почвах Дагестанского района / / Научная конференция по проблеме «Эрозия почв и закрепление эродированных земель в Азербайджанской ССР», посвященная 25-летию основания научно-исследовательского сектора эрозии: Материалы. Баку, 1975. С. 217—218.

4. Звягинцев Д. Г. и др. Разнообразие грибов и актиномицетов и их экологические функции // Почвоведение. 1996. № 6. С. 705—713.

5. Практикум по микробиологии / Под ред. В. К. Шильниковой. М., 2004.

6. Завалишин А. А., Надеждин Б. В. Почвенный покров Калининградской области // Почвы Калининградской области: Сб. науч. тр. М., 1961. С. 5 — 130.

7. Ефимцев В. Т., Мишустин Е. Н. Микробиология. М., 2005.

Об авторе

А. И. Юсов — доц., КГТУ, usov30@mail.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.