CC BY
29
УДК 581.557.24
Чибрик Т.С., Лукина Н.В.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина,
г Екатеринбург, Россия Е-mail: Tamara.Chibrik@urfu.ru
МИКОРИЗООБРАЗОВАНИЕ НА РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ОТВАЛАХ АККЕРМАНОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
(СТЕПНАЯ ЗОНА)
Микориза представляет собой важнейший из симбиозов, в который вовлечены растения и грибы. При изменении условий окружающей среды происходит смещение равновесия в природных комплексах, в том числе нарушение микориз. Подобные нарушения приводят к серьезным последствиям, таким как деградация растительных сообществ, снижение доступности необходимых растениям элементов. Одним из примеров таких территорий являются промышленные отвалы. Восстановление растительности на отвалах происходит крайне медленно. В связи с этим большой интерес представляет изучение микоризы в растительных сообществах, формирующихся на нарушенных промышленностью землях.
Изучены особенности микоризообразования травянистых видов в растительных сообществах, формирующихся в процессе самозарастания на разновозрастных (3-36-летних) участках отвалов Аккермановского железорудного месторождения, расположенного в Оренбургской области (степная зона). Породы отвалов характеризуются очень низким содержанием доступных для растений элементов минерального питания: азота, углерода, фосфора. Исследования показали, что в корнях большинства травянистых растений имеется арбускулярная микориза. В растительных сообществах 3-20-летних отвалов микоризные виды составляют 35,3-44,0%, к 27-летнему возрасту их доля увеличивается до 90,9%. Все исследованные микотрофные виды относятся к слабомикотрофным. Низкая доля микоризных растений и слабое развитие микоризы у растений, произрастающих на отвалах в степной зоне, связано с недостаточным содержанием элементов минерального питания в породах, образующих отвалы, высокой каменистостью пород, недостаточным увлажнением.
Установлено, что показатели микоризы зависят от эдафических условий и от степени сфор-мированности растительных сообществ.
Ключевые слова: отвалы, динамика фитоценозов, арбускулярная микориза.
К настоящему времени установлено, что микосимбиотические связи имеют широкое распространение в растительных сообществах. Микоризные грибы, увеличивая адсорбционную поверхность корня, участвуют в поглощении питательных веществ из почвы (особенно фосфора), улучшают снабжение водой, участвуют в регуляции роста и развития растения-хозяина, влияют на структуру растительных сообществ [2], [5], [9], [10], [12]-[15]. При добыче полезных ископаемых, в том числе на Урале, на поверхность земли выносятся значительные объемы породы, которые образуют практически безжизненные ландшафты [11]. Восстановление растительности на этих территориях происходит крайне медленно. Работ по изучению симбиоза в измененных почвенных условиях крайне мало [1], [7], [8].
В связи с этим, целью наших исследований было изучение микоризообразования в растительных сообществах, формирующихся в процессе самозарастания на разновозрастных отвалах Аккермановского железорудного место-
рождния, установление зависимости показателей микотрофности от возраста сообществ и от экологических условий.
Объекты и методы
Исследования проводили на разновозрастных участках 4-х отвалов Аккермановского железорудного месторождния, возраст которых на момент наблюдения варьировал от 3 до 36 лет. Отвалы расположены в 1,5 км к западу от г. Ново-троицка Оренбургской области (степная зона).
Отвалы сложены красно-бурыми глинами, известняками, кремнеземом и другими породами. Агрохимическая оценка показала, что породы слагающие отвалы, карбонатные, не засоленные, реакция среды слабощелочная. Содержание азота, углерода и доступных форм фосфора в молодых отвалах очень низкое, с течением времени происходит биогенное накопление этих элементов [4], [6]. Характерной чертой пород является их повышенная каменистость, которая на разных отвалах варьирует от 10-15 до 70-90%.
Биологические науки
Обследование отвалов проводилось детально-маршрутным методом с описанием растительности. За основной критерий сформированности растительного сообщества принималось общее проективное покрытие (ОПП) растениями [3]. Для изучения микоризы в растительных сообществах, формирующихся на отвалах, отбирали корни травянистых растений в десятикратной повторности, которые затем высушивали и обрабатывали по общепринятой методике с окрашиванием в анилиновой сини после мацерации в КОН. Были изучены такие параметры, как: доля участия микотрофных видов в растительных сообществах; степень микотрофности (Д, отражает обилие гриба в корнях растений); интенсивность микоризной инфекции (С, отражает как распределение огрибненных участков корня, так и обилие гриба в нем) [5]. Статистическая обработка материалов проведена с использованием пакета прикладных программ 81аЙ8йса 6,0.
Результаты и обсуждение
Геоботаническое обследование разновозрастных участков отвалов Аккермановского железорудного месторождения показало, что первые растения начинают поселяться в микропонижениях с повышенной влажностью около положительных форм рельефа, где задерживается большое количество семян и вегетативных зачатков. Уже в первый год отсыпки на отвалах формируются простые и сложные растительные группировки. Начиная с 15-летнего возраста начинают формироваться фи-
тоценозы, происходит усложнение их структуры, увеличивается обилие доминирующих видов. К 36-ти годам на отвалах формируются фитоцено-зы, по горизонтальной и вертикальной структуре, видовому составу, проективному покрытию, приближающиеся к полынно-типчаковым естественным степным фитоценозам.
Данные изучения микоризы в растительных сообществах, формирующихся на отвалах Ак-кермановского железорудного месторождения, представлены в таблице.
Исследования показали, что в корнях травянистых растений, произрастающих на отвалах, имеется арбускулярная микориза, представленная несептированными гифами гриба, везикулами и арбускулами. На 3-20-летних участках отвалов микоризные виды составляют 35,344,0%, с увеличением возраста растительных сообществ доля микоризных видов растет, и на более старых 27-летних отвалах этот показатель составляет 90,9%, достигая величины, характерной для естественных фитоценозов (более 80%). Все микоризные виды растений - слабо-микотрофны, т. е. степень микотрофности растений не превышает 1,7 балла. Не обнаружена микориза у растений из семейств Вга88юасеае, Ро^опасеае, СЬепоро&асеае, СагуорЬуПасеае, которые, как правило, являются безмикоризными в естественных фитоценозах. Низкая доля микоризных растений и слабое развитие микоризной инфекции у растений, произрастающих на отвалах, объясняется недостаточным
Таблица - Количественная характеристика микосимбиотрофизма на отвалах Аккермановского железорудного
месторождения
Отвалы (субстрат) Возраст, гг. Каменистость субстрата, % ОПП, % Число исследованных видов Число микотрофных видов Доля микотрофных видов, % Интенсивность микоризной инфекции, % Степень микотрофности, баллы
Отвал железной руды 3 10-15 20-30 31 11 35,3 0,93±0,34 0,15
13 30-40 24 10 41,6 2,05±0,77 0,29
Отвалы пустых пород 15 70 50-60 17 7 41,2 1,21±0,59 0,16
20 40-50 60-70 25 11 44,0 2,88±0,71 0,34
24 70 25 17 68,0 4,27±1,18 0,33
27 70-80 22 20 90,9 7,33±0,89 0,38
36 70-90 60-70 28 11 39,3 1,49±0,58 0,18
Чибрик Т.С., Лукина Н.В.
Микоризообразование на разновозрастных отвалах..
содержанием элементов минерального питания в породах, образующих отвалы. Высокая каменистость пород и грунтосмесей отвалов затрудняют заселение последних растениями: коэффициент корреляции Пирсона между общим проективным покрытием растениями и каменистостью субстрата гр=0,64 (п=7).
Показатели микоризы зависят от степени сформированности растительных сообществ: коэффициенты корреляции Пирсона между ОПП, долей микоризных видов и интенсивностью микоризной инфекции составили гр=0,74; гр=0,76 (п=7) соответственно.
19.09.2017
Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания УрФУ № 6.7696.2017/БЧ.
Список литературы:
1. Лукина Н.В., Чибрик Т.С., Филимонова Е.И., Глазырина М.А. Микоризообразование травянистых видов в условиях техногенных эдафотопов // Вест. Баш. ун-та. - 2014. - Т.19. - №3. - С. 871-874.
2. Каратыгин И.В. Коэволюция грибов и растений. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 115 с.
3. Курочкина Л.Я., Вухрер В.В. Развитие идей В.Н. Сукачева о сингенезе // Вопросы динамики биогеоценозов: Докл. на IV ежегодн. чтениях памяти акад. В.Н. Сукачева. - М.: Наука, 1987. - С. 5-27.
4. Махонина Г.И., Чибрик Т.С., Ужегова И.А. Процессы формирования почвенного и растительного покровов на отвалах Аккермановского железорудного месторождения (степная зона Зауралья) // Растения и промышленная среда. - Свердловск: Изд-во Урал. гос. ун-та, 1976. - С. 132-143.
5. Селиванов И.А. Микосимбиотрофизм, как форма консортивных связей в растительном покрове Советского Союза. - М.: Наука, 1981. - 230 с.
6. Чибрик Т.С., Елькин Ю.А. Формирование фитоценозов на нарушенных промышленностью землях. - Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1991. -220 с.
7. Чибрик Т.С., Лукина Н.В. Микоризообразование травянистых видов на разновозрастных отвалах никелевого месторождения // Вест. ОГУ - 2015. - №10. - С. 90-93.
8. Чибрик Т.С., Лукина Н.В. Микоризообразование травянистых видов Коркинского угольного разреза // Экосистемы. - 2016. -Вып.5(35). - С. 60-65.
9. Booth M.G. Mycorrhizal networks mediate overstorey - understorey competition in a temperate forest // Ecol. Letters. - 2004. -Vol.7. - P. 538-546.
10. Brandrett M.C. Diversity and classification of mycorrhizal association // Biol. Rev. - 2004. - Vol.79. - P. 473-495.
11. Chibrik T.S., Lukina N.V., Filimonova E.I., Glazyrina M.A., Rakov E.A., Maleva M.G., Prasad M.N.V. Biological recultivation of mine industry deserts: facilitating the formation of phytocoenosis in the middle Ural region, Russia // Bioremediation and Bioeconomy. -Amsterdam: Elsevier, 2016. - С. 389-418.
12. Read D.J. Mycorrhiza in plant communities // Advances in Plant Patology. - 1993. - Vol.9. - P. 1-31.
13. Read D.J., Leake J.R., Pevez-Moreno J. Mycorrhizal fungi as drivers of ecosystem rocesses in heathland and boreal forest biomes // Can. J. Bot. - 2004. - Vol.82. - P. 1243-1263.
14. Remy W., Taylor T.N., Haas H., Kerp H. Four-hundred-million-year-old vesicular-arbuscular mycorrhizae // Proc. Nat. Acad. Scien. of USA. - 1994. - Vol.91. - P. 11841-11843.
15. Smith S.E., Read D.J. Mycorrhizal symbiosis (Third Edition). - N.Y.: Academic Press, 2008. - 787 p.
Сведения об авторах:
Чибрик Тамара Семеновна, заведующий лабораторией антропогенной динамики экосистем Отдела биологических исследований НИИ ФПМ ИЕНиМ биологического факультета Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Е-mail: Tamara.Chibrik@urfu.ru
Лукина Наталия Валентиновна, старший научный сотрудник лаборатории антропогенной динамики экосистем Отдела биологических исследований НИИ ФПМ ИЕНиМ биологического факультета Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, кандидат биологических наук, доцент Е-mail: Natalia.Lukina@urfu.ru 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, , тел. 8(343) 3899726
