CC BY
21
ОЦЕНКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ АГРОЭКОСИСТЕМ
© Петрищева Т.Ю.*
Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, г. Елец
Работа посвящена изучению влияния культурных растений и характера землепользования на структуру микробного сообщества чернозема выщелоченного. Оценивалось общее биоразнообразие микроорганизмов, фитотоксические свойства почв, а также структура комплекса микромицетов почв агроэкосистем под разными сельскохозяйственными культурами. Предложены индикаторные виды грибов на агро-генную нагрузку.
В последнее время все больше внимания уделяют экологизации сельскохозяйственных производств. Ведущее значение при этом имеют мониторинговые и индикационные исследования. При мониторинговых исследованиях экологического состояния почв важна оценка не только физико-химических, но и микробиологических показателей. Каждый тип почв отличается по структуре слагающего его микробного сообщества и нарушения состава этого сообщества служат индикатором общего состояния изучаемой экосистемы.
Целью нашей работы было изучение воздействия культурных растений и характера землепользования на структуру микробного сообщества чернозема выщелоченного агроэкосистем Липецкой области.
Для анализа взяты образцы почв чернозема выщелоченного под разными культурами: картофель, озимая пшеница, тыква, а также почва с невоз-делываемых прилегающих территорий. Анализ биоразнообразия проводили методом микробиологического посева на плотные питательные среды: КАА, МПА, среда Чапека. Параллельно определяли фитотоксичность почвы в микрокосмах методом биотеста по ингибированию роста корня тест-растения (контроль - рост на увлажненной фильтровальной бумаге), для усиления биотического фактора на поверхности почвы формировали инициированное микробное амилолитическое сообщество (ИМС) путем напыления крахмала. Тест-культура - кресс-салат [1].
Для оценки биоразнообразия в микробном сообществе провели посев образцов почвы на разные среды. Во всех исследуемых образцах почв взятых с агроэкосистем структура комплекса микроорганизмов менялась однотипно. Из бактерий преобладали роды Bacillus и Streptomyces, а из грибов -Penicillium rubrum, P. funiculosum, Aspergillus clavatus, A. ustus, Talaromyces flavus, Fusarium. solani, Cladosporium herbarum.
* Заведующий кафедрой Химии и биологии, кандидат биологических наук.
При сравнении микробного состава возделываемых и невозделываемых почв, выявлено снижение биоразнообразие бактерий и микромицетов под сельскохозяйственными культурами. Большим биоразнообразием отличались невозделываемые почвы - 5-107 КОЕ/г. Кроме того, сезонная динамика этих почв практически не изменялась, что по-видимому связано с большим биоразнообразием растительных видов на этих территориях, которые обеспечивают жизнедеятельность микроорганизмов.
В агроэкосистемах под культурными растениями численность микроорганизмов колебалась в значительных пределах, в зависимости от сезона. Максимальная численность микроорганизмов наблюдалась в период цветения и начала плодоношения (5-106 КОЕ/г), что по-нашему мнению связано с усилением экссудации корневых выделений растениями в этот период. К окончанию же периода вегетации численность микроорганизмов, а особенно бактерий, была минимальна и составляла не более 4104 КОЕ/г.
При количественном учете микроорганизмов в исследуемых образцах почв агроэкосистем установлено значительное снижение колониеобразую-щих единиц в прилегающей почве по сравнению с ризосферой растений. Так, например, в ризосфере картофеля численность составила в среднем 1010 КОЕ/г, а в почве около 106 КОЕ/г. Этот факт связан с количеством корневых выделений культурных растений, которые создают более благоприятный питательный режим для роста микробов.
100
80
60
40
20 0
□ всхожесть,_____
Рис. 1. Фитотоксические свойства исследуемых образцов почвы, %
Параллельно с изучением биоразнообразия микроорганизмов мы оценивали фитотоксические свойства образцов почв. Образцы почв из под культур обладали незначительным ингибирующим эффектом, подавляя как рост, так и всхожесть тест-растений (рис. 1).
Нами также проведен анализ структуры микробного сообщества почв с разной степенью агрогенной нагрузки. В качестве объекта индикации выбраны почвенные микроскопические грибы, так как они легко идентифици-
Почвоведение
35
руются по культурально-морфологическим признакам. Ранее установлен комплекс типичных видов микромицетов для чернозема выщелоченного.
В комплекс типичных видов исследуемой почвы входят 19 видов: As-pergillus ustus (Bain) Thom. et Church, A. wentii Wehmer, A. clavatus Desmaz, A. terreus Thom, A. ochraceus Wilhelm, Penicillium rubrum Stoll, P. funiculosum Thom, P. daleae Zaleski, P. notatum West, Cephalosporium acremonium Corda, Talaromyces flavus (Klocker) Stolk et Samson, Trichoderma harzianum Rifai, T. koningii Oudem, T. viride Pers. Rifai, Humicola grisea Traaen, Fusarium solani (Mart) Appl. et Wr., Gliocladium virens Miller, Giddens et Foster, Cladosporium herbarum (Pers.) Link, Rhizopus stolonifer (Ehrenb.ex Link) Lind [2, 3].
В ходе проводимых исследований образцов почв разных агроэкосистем выявлены виды грибов устойчивые, чувствительные и индикаторные на агро-генное воздействие (табл. 1). Устойчивые виды сохранялись во всех исследуемых образцах и их количество практически не менялось. Чувствительные виды, являясь типичными для данного типа почв, в исследуемых образцах не встречались. Индикаторные виды микромицетов в невозделываемых почвах являлись немногочисленными, в исследуемых образцах почв агроэкосистем эти виды выступали как доминанты. Данные виды изветстны как продуценты антибиотических и токсичных веществ, что позволяет им выживать в условиях повышенного антропогенного прессинга. Эти факты позволили нам отнести данные виды в ранг индикаторных на агрогенную нагрузку в черноземе выщелоченном.
Таблица 1
Реакция исследованных видов микромицетов чернозема на агрогенную нагрузку
Группы видов Агрогенная нагрузка
Чувствительные С. acremonium, H. grisea, G. virens, T. koningii
Устойчивые Rh. stolonifer, P. notatum, A. terreus, A. wentii, T. harzianum, T. viride
Индикаторные P. rubrum, P. funiculosum, A. clavatus, A. ustus, Tal. flavus, P. daleae, F. solani*, Cl. herbarum*
Не характерные для контроля нет
Примечание: * - известны как фитопатогены.
Таким образом, нами выявлена одна из причин сукцессионных изменений микромицетов и накопления индикаторных видов в МСО почвы при интенсивном антропогенном воздействии, которая заключается в усилении «метаболических» взаимодействий. По-видимому, в условиях лимитирования и ингибирования роста синтез токсичных вторичных метаболитов с широким спектром биологического действия помогает этим видам выигрывать в обостряющейся конкурентной борьбе. В результате снижается биоразнообразие МСО, возрастает микробный токсикоз почвы, в том числе фи-
тотоксикоз. Эти изменения являются неспецифической реакцией на стрессовые воздействия, поэтому структура МСО чернозема выщелоченного оказывается сходной при разных видах агрогенной нагрузки [3].
Для целей биомониторинга чернозема выщелоченного в условиях интенсивной агрогенной нагрузки предложены в качестве индикаторов превышения пределов гомеостаза МСО следующие виды микромицетов: Aspergillus clavatus, Penicillium rubrum, Talaromyces flavus, Fusarium solani, P. funiculosum, A. ochraceus, A. ustus.
Список литературы:
1. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ; 1991. - 304 с.
2. Звягинцев Д.Г. Биология почв / Д.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зе-нова. - М.: Изд-во МГУ; 2005. - 445 с.
3. Биологизация и адаптивная интенсификация земледелия в Центральном Черноземье / Под ред. В.Е. Шевченко, В.А. Федотова. - Воронеж: ВГАУ 2000. - 306 с.
