CC BY
52
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 17 (21) 2010
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 17 (21) 2010
УДК 593.1
СООБЩЕСТВА ПОЧВООБИТАЮЩИХ РАКОВИННЫХ АМЕБ В БИОГЕОЦЕНОЗАХ ПОДТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ВДОЛЬ ЛАНДШАФТНЫХ КАТЕН
© В. А. ЧЕРНЫШОВ, Ю. А. МАЗЕЙ Пензенский государственный педагогический университет имени В. Г. Белинского,
кафедра зоологии и экологии e-mail: [email protected]
Чернышов В. А., Мазей Ю. А. - Сообщества почвообитающих раковинных амеб в биогеоценозах подтаежной зоны Западной Сибири и их изменения вдоль ландшафтных катен // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2010.
№ 17 (21). С. 66-73. - Исследованы видовой состав и структура сообществ раковинных амеб в пределах зоны подтаежных лесов (Тюменское полесье). Обнаружено 60 видов и подвидов раковинных корненожек. По структуре доминирующего комплекса видов разделяются сообщества из пойменных биогеоценозов с преобладанием эврибионтных филозных корненожек Trinema lineare, Trinema enchelys, Euglypha rotunda, а также из сосновых и осиново-березовых лесов с массовым развитием как мелких филозных амеб Euglypha laevis, Assulina muscorum, так и более крупных почвообитающих лобозных ризопод Centropyxis sylvatica, Centropyxis aerophila, Cyclopyxis kahli. Основные различия в составе населения почвообитающих раковинных корненожек в подтаежной зоне Западной Сибири обусловлены положением биогеоценоза (и соответствующего ему локального сообщества амеб) в пределах ландшафтной катены. Ключевые слова: раковинные амебы, структура сообщества, катена, Западная Сибирь.
Chernyshov V. A., Mazei Yu. А. - Soil testate amoebae communities in sub taiga of western Siberia and changes along landscape catena // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2010. № 17 (21). P. 66-73. - Species composition and community structure of testate amoebae in the zone of sub taiga forest were investigated. 60 testate amoebae taxa were identified. In floodplain biotopes eurybiont filose amoebae Trinema lineare, Trinema enchelys, Euglypha rotunda predominate, whereas in watershed small size filose rhizopods Euglypha laevis, Assulina muscorum, and large size lobose amoebae Centropyxis sylvatica, Centropyxis aerophila, Cyclopyxis kahli are abundant. Main differences in community structure between local communities are due to structure of landscape catena. Keywords: testate amoebae, community structure, catena, Western Siberia.
Раковинные амебы - представители одноклеточных эукариот (протисты), питающихся фаготроф-но (простейшие), как тип организации представляющие собой ползающую амебу, заключенную в наружное скелетное образование - раковинку. Эта группа включает виды, которые имеют сходные морфологические признаки, но относятся к разным филогенетическим ветвям [5, 15]. Эти организмы являются характерными обитателями сфагновых биотопов в заболоченных экосистемах [16, 17], широко распространенных в высоких широтах северного полушария [6]. Регион Западно-сибирской равнины, несмотря на обширность заболоченных ландшафтов, практически не исследован. В публикации A.A. Рахлеевой [10] анализируется ризоподное население таежных почв Сургутского полесья. Кроме того, имеются отдельные данные по южно-таежным торфяным почвам [3, 4]. Сведения о зоне подтаежных лесов Западной Сибири полностью отсутствуют в литературе. На-
стоящая работа - первая попытка восполнить существующий пробел.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Пробы были отобраны в июле 2008 г. В пределах зоны подтаежных лесов (Тюменское полесье; 56°45'-57°15' с.ш. 65°25'-65°70' в.д.) исследовали водораздельные биогеоценозы: 1) осиново-березовый разнотравный лес [ОБ] с подлеском из липы (504Б1Л), в кустарниковом ярусе - костяника; 2) сосняк лишайниково-моховой [С] без подроста; а также пойменные экосистемы: 3) березняк злаковый [Б], в кустарниковом ярусе смородина; 4) низовое ивово-хвощево-тростниковое болото [НБ] с гипновыми мхами. В каждом из биогеоцензов пробы отбирались из всех имеющихся микробиотопов - почвы, наземных мхов и лишайников. Всего исследовано 14 микробиотопов, каждый в трех повторностях. Таким образом, проанализировано 42 образца.
Для выявления видового состава и количественного учета раковинных амеб 5 г исследуемого субстрата помещали в закрывающуюся колбу на 150 мл, заливали произвольным количеством воды и оставляли на сутки для размокания почвенных частиц. Затем взвесь взбалтывали в течение 10 минут и фильтровали через сито с ячеями 0.5 мм в большие химические стаканы емкостью 0.8 л. Оставшиеся на сите крупные грубые элементы опада дополнительно промывали слабой струей воды. Взвесь отстаивали в течение суток, надо-садочную прозрачную жидкость сливали, оставшееся количество фильтрата переносили в градуированную емкость и снова давали отстояться. Избыточную жидкость вновь сливали, оставляя лишь 10 мл. Суспензию, содержащую, таким образом, 5 г субстрата в 10 мл воды, окрашивали раствором эритрозина в течение суток. Для микроскопирования 2 мл фильтрата помещали в малую чашку Петри. Фильтрат разбавляли водой (до объема удобного для микроскопирования) и равномерно распределяли по дну чашки. Затем под микроскопом БИОМЕД-6-ПР при увеличении *160 по полям зрения просматривали суспензию. определяли видовой состав раковинных амеб и просчитывали раковинки в двукратной повторности [11]. В каждой пробе было подсчитано не менее 150 экземпляров. Полученные величины численности раковинок пересчитывали на 1 г абсолютно сухого субстрата.
Классификацию сообществ осуществляли при помощи кластерного анализа методом среднего присоединения на основе матриц индексов сходства Раупа-Крика, чтобы учесть сходство в видовом составе. Для
выявления основных направлений варьирования сообществ по видовой структуре осуществляли ордина-цию сообществ методом анализа главных компонент на основе величин относительных обилий доминирующих видов. Все расчеты вели при помощи пакета программ PAST 1.89.
результаты и обсуждение
Обнаружено 60 видов и подвидов раковинных амеб (таблица). По видовому составу наиболее сильно отличаются сообщества из низового болота (рис. 1), где обитает 10 характерных только для этих увлажненных биотопов гидрофильных вида из родов Arcella, Netzelia, Cyphoderia. По структуре доминирующего комплекса видов разделяются сообщества (рис. 2) из пойменных биогеоценозов с преобладанием эв-рибионтных филозных корненожек Trinema lineare, Trinema enchelys, Euglypha rotunda, а также из сосновых и осиново-березовых лесов с массовым развитием как мелких филозных амеб Euglypha laevis, Assulina musco-rum, так и более крупных почвообитающих лобозных ризопод Centropyxis sylvatica, Centropyxis aerophila, Cy-clopyxis kahli.
По набору характерных форм наиболее специфичны локальные сообщества из ксерофитных сосняков, где помимо вышеупомянутых доминантов развивается типичная почвенная группировка раковинных корненожек, включая представителей с криптостом-ными (Plagiopyxis callida, Plagiopyxis penardi, Plagiopyx-is declivis) и центростомными (Trigonopyxis minuta) раковинками.
вид Биогеоценоз
с об Б нб
1 2 3 4 5
Trinema lineare 3,69 8,67 20,36 27,90
Euglypha laevis 20,85 9,73 8,23 9,23
Trinema enchelys 2,64 4,08 12,76 17,16
Centropyxis sylvatica 5,54 20,82 7,16 0,15
Euglypha rotunda 4,52 1,87 10,32 13,35
Tracheleuglypha dentata 3,60 4,60 12,42 4,90
Cyclopyxis kahli 16,56 5,54 1,50 0,04
Phryganella acropodia 6,86 3,27 5,50 0,40
Centropyxis aerophila 16,69 0,26 0,00 0,15
Phryganella hemisphaerica 0,00 8,60 2,68 0,58
Assulina muscorum 1,66 8,48 0,36 0,07
Trinema complanatum 3,07 5,13 2,23 0,35
Euglypha tuberculata 0,00 1,32 1,74 5,28
Centropyxis aerophila sphagnicola 8,05 0,00 0,00 1,12
Plagiopyxis declivis 0,00 4,61 0,79 0,00
таблица
видовой состав и относительные обилия (% по численности) видов в сообществе
ИЗВЕСТИЯ ПГПУ им. В. Г. Белинского ♦ Естественные науки ♦
№ 17 (21) 2010 г.
Русской равнины [12]. В обоих случаях, исследования были проведены в условиях макрокатен, когда почвы не были непосредственно геохимически сопряжены в единую почвенную цепь в условиях одного склона на уровне мезорельефа. На примере Рузского стационара было изучено пространственное распределение в лесных и окультуренных почвах катены раковинных амеб [14] и дождевых червей [1]. В этих работах было показано, что главным фактором перераспределения сообществ почвенной фауны по склону является гидрологический режим. Распределение раковинных амеб в почвах склона водораздела р. Пры исследовано Рахлеевой [8].
До сегодняшнего дня остается открытым вопрос о влиянии зональных биоклиматических условий на почвенную биоту катен. Известно, что эти условия определяют состав зональных компонентов в почвенном покрове катен и соотношение автоморфных-гидроморфных почв.
Ранее в работе A.A. Боброва [2] были выявлены закономерности формирования сообществ почвенных раковинных амеб в почвах катен разных географических районов.
В Северной Карелии исследования были проведены в пределах подзоны северной тайги, представляющей собой грядовую и грядово-увалистую равнину. на характер климата оказывает влияние приморское положение и наличие большого количества озер и рек, что сказывается в смягчающем воздействии на годовой ход температуры воздуха. В качестве объекта исследования была выбрана катена, охватывающая склон сельги от вершины до перегиба к выположенно-му участку межсельговой котловины, занятой мезо-трофным болотом. Почвы формируются на моренных и озерно-ледниковых отложениях.
Она явилась одной из наиболее богатых по видовому разнообразию катен - 122 вида, вариетета и формы раковинных амеб, относящихся к 24 родам. Доминантный комплекс представлен 38 видами, ва-риететами и формами. Число видов в комплексе изменялось от 8 до 14 видов, что служит косвенной характеристикой выравненности сообществ и их зрелостью. Редкие виды - Plagiopyxis labiata и Hyalosphenia platys-toma. Таксономический состав сообществ раковинных амеб - Arcella, Bullinularia, Trigonopyxis, Centropyxis, Cyclopyxis, Plagiopyxis, Heleopera, Hyalosphenia, Nebela, Schoenbornia, Difflugia, Phryganella, Cyphoderia, Qau-drulella, Assulina, Euglypha, Placocista, Tracheleuglypha, Corithion, Trinema, Difflugiella, Cryptodifflugia, Pseudo-diffflugia, Archerella.
к особенностям распределения видов-доминантов в почвах катены можно отнести то обстоятельство, что ни один вид не входил в доминантный комплекс всех почв. Это подчеркивает резкое различие их экологических условий.
В иллювиально-железистом неполнопрофильном подзоле на верхней части склона в доминантный комплекс вошли 8 видов, из них Plagiopyxis declivis и Euglypha strigosa характерны только для этой почвы. общее число видов и инфравидовых таксонов равно
49, из которых большая часть представляет подстилочную группу. В средней части склона в сосняке с елью и ельнике с единичными соснами, различия в доминантных комплексах незначительны - 12 и 14 видов, большая часть которых входит в комплексы обеих почв. Это виды сфагново-моховой группы. Из них следует отметить вид-доминант Nebela tubulata, характерный только для этих сообществ.
В краевой части переходного болота в маломощном мезотрофном торфянике отмечен комплекс видов доминантов, характерный для мезотрофных местообитаний с околонейтральной и слабокислой pH почвенных растворов - Heleoperapetricola, Cyphoderia ampulla, Centropyxis aculeata, Cyclopyxis kahli, Euglypha cristata, Trinema enchelys. Представитель мезо- и эутрофных органогенных почв - Quadrulella symmetrica, встречается среди доминантов только этой почвы. В то же время как следствие переходной экотонной ситуации в комплексе доминантов присутствует и сфагнофильный вид, населяющий как правило ологотрофные местообитания - Hyalosphenia papilio. Важнейшее следствие этой переходной зоны заключается в наиболее высоком значении видового богатства населения простейших. Таким образом явление краевого эффекта (Одум, 1986), имеет место и для тестаций.
В населении мезотрофного сфагнового болота в торфянике мезотрофном доминируют эврибионтные виды, встречающиеся в составе доминантных комплексов почти всех почв катены, часть видов общая с торфяником дистрофным.
В дистрофном торфянике доминантный комплекс состоит из эвритопных видов и видов из сфагново-моховой группы. особенностью комплекса является присутствие в нем видов-индикаторов ксеро-фитных условий, в частности Corythion dubium, которые отмечены в верхнем 5-ти см слое.
Смена индикаторных видов в почвах катены отражает в основном переход от автоморфных местообитаний к гидроморфным. Гидрофильные виды и сфаг-нобионты из родов Difflugia, Cyphoderia, (Quadrulella, Archerella появляются в краевой части переходного болота в маломощном мезотрофном торфянике. Экотон-ная ситуация находит отраженно в высоком видовом разнообразии 58 видов и инфравидовых таксонов, что в 2 раза превышает видовое разнообразие в расположенном рядом мезотрофном торфянике и примерно на 25% выше, чем в торфянисто-подзолистой иллювиально-железистой грунтово-глеевой почве выше по склону.
Плотность населения раковинных амеб была рассчитана для генетических горизонтов. Максимум отмечен в верхних 10 см иллювиально-железистого подзола - 46840 экз./г абсолютно сухой почвы. Профильное распределение тестацей в органоминераль-ных почвах аккумулятивного типа, характеризуется снижением числа видов и их плотности вниз по профилю. В органогенных почвах максимум отмечен под слоем живого мха. В мезотрофном торфянике отмечено увеличение числа видов и их плотности вниз по профилю. Плотность увеличилась более, чем на порядок - от 3320 экз/г до 53180 экз/г.
Другой ключевой участок был заложен на берегу о. Космозеро. Он охватывал сельговую гряду и два межсельговых понижения. Почвообразующие породы представлены элюво-делювиями коренных пород на вершинах сельг, мореной - на склонах, кол-лювием - на крутых склонах и у их подножия, озерно-ледниковыми ленточными глинами и органогенными отложениями - в межсельговых понижениях.
Состав растительных ассоциаций связан с положением в рельефе. Он меняется от сосняков зеле-номошных с елыо и хорошо выраженным травяно-кустарничковым ярусом на вершинах сельг до смешанных сосново-березово-осиновых лесов в плоском межсельговом понижении и березово-осиновых лесов с типично болотными растениями и сфагновым моховым покровом в более глубоком заболоченном понижении.
В почвах катены найден 121 вид и внутривидовой таксон раковинных амеб. доминантный комплекс представлен 25 видами, вариететами и формами. Отмечены следующие закономерности изменения состава сообществ раковинных амеб в почвах сельг и межсельговых понижений. От автономных позиций к подчиненным в почвах катены меняется видовое разнообразие - от 21 вида в подбуре увеличивается до 53 в торфяно-глеевой почве. Изменяется структура сообщества за счет смены экологических групп раковинных амеб. Автономные почвы вершины сельги и ее склона характеризуются доминантными комплексами тестаций, в составе которых находятся а основном эв-рибионты и представители сфагново-моховой группы простейших - Centropyxis aerophila, C. aerophila sphag-nicola, C. sylvatica, Cyclopyxis eurystoma, Phryganella acropodia, Nebela bohemica, N. militaris, Assulina mus-corum, Trinema lineare. Специфика гидрологического режима в одном из двух межсельговых понижений в подзоле поверхностно-оглеенном проявилась в высокой плотности сфагново-мохового вида N. lagenifor-mis. В мезотрофном болоте в доминантный комплекс вошли Centropyxis platystoma, QQuadrulella symmetrica. Группировка сообществ ризопод почв катены разделяет их на две больших группы авто- и гидроморных местообитаний.
По катене происходит смена видов в составе доминантного комплекса. В верхней части катены, в автономных почвах доминантный комплекс состоит из аэрофильных эвритопных видов, часть из которых является индикатором ксероморфных условий - Cen-tropyxis aerophila, C. aerophila sphagnicola, C. sylvatica, Cyclopyxis eurystoma, Phriganella acropodia, Nebela bohemica, N. lageniformis, N. militaris, Corythion orbicularis, Euglypha laevis, Plagiopyxis penardi, Assulina muscorum.
Средняя часть катены характеризуется сообществом тестаций, в доминантный комплекс которого входят виды с широкой экологией - Trinema lineare, T. enchelys, Centropyxis cassis, C. sylvatica minor. В меж-сельговом понижении отмечены сфагнофильные виды из родов Heleopera, Hyalosphenia, Nebela, Euglypha, а также виды, характерные для мезотрофных и эвтроф-ных местообитаний из родов Cyphoderia, Qaudrulella,
Sphenoderia, Difflugia. Из редких видов отмечена находка Geamphorella lucida.
В переходной экотонной зоне, отмечено максимальное для почв катены видовое разнообразие простейших.
Кроме того, работы проводились на территории Валдайского конечно-моренного округа в Новгородской области. Растительность представлена елово-лиственными лесами. На песках растут сосновые боры. На аллювиальных навеянных песчаных отложениях формируются подзолы и ржавоземы. В пониженных элементах рельефа располагаются подзолы.
В почвах соснового леса на аллювиальных песчаных отложениях найдено 53 вида, вариетета и формы раковинных амеб. Доминантный комплекс представлен 15 видами, вариететами и формами. Доминантные комплексы почв катены в общих чертах схожи. Незначительные отличия касаются плотности таких видов как Trigonopyxis arcula, T. minuta, а также Schoenbornia viscicula. Первые два вида характеризуют грубогумусные местообитания, экология последнего вида известна только в общих чертах и, по-видимому, схожа с экологией видов рода Trigonopyxis.
Часть видов из минорной группы встречается только в почвах определенной части катены. В верхней части склона - Trinema lineare truncatum, Plagiopyxis pe-nardi, Euglypha strigosa, C. sylvatica minor, средней части склона - Euglypha compressa, E. ciliata glabra, Trache-leuglypha dentata; нижней части - E. ciliataglabra, Asssu-lina seminulum, Difflugiella oviformis. Смена этих видов отражает пространственную неоднородность местообитаний и в значительной мере обусловлена стохастическими процессами. Можно также предположить, что большее видовое богатство тестаций в ржавоземе верхней части силона связано с кислой средой и более грубым составом органического вещества.
В сравнении с почвами ельников, в почвах соснового леса отмечена низкая плотность населения раковинных амеб.
Четвертая катена рассматривалась A.A. Бобровым в Костромской области, в заказнике «Кологрив-ский лес», который является одним из эталонных ландшафтов южной тайги. Заказник расположен на южных склонах Северных увалов в пределах Среднерусской провинции. Здесь под липо-ельниками формируются на тяжелых покровных суглинках собственно подзолистые грубогумусные почвы без аккумулятивного горизонта.
В почвах катены 300-летнего ельника обнаружено 84 вида и внутривидовых таксона раковинных амеб. Доминантный комплекс представлен 18 видами, вариететами и формами. Каких-либо редких видов простейших не найдено, практически все виды принадлежат к эврихорной группе организмов.
Видовое разнообразие раковинных амеб в почвах катены выше в автономной части склона (подзолистая почва). Обращает на себя внимание число видов в ферментативном слое подстилки - 59 видов и внутривидовых таксонов. Эта цифра сравнима с видовым разнообразием а почвах транзитной и аккумулятивной частях склона.
амёб (Rhizopoda, Testacea) в таежных почвах // Зоол. журн. 2005. Т. 84. С. 1427-1436.
12. Стриганова Б.Р. Изменения структуры и биоразнообразия животного населения почвы на лесостепной катене в Центральной России // Известия РАН. Сер. Биол. 1995. № 2. С. 191-208.
13. Урусевская И.С. География почв и почвенно-географическое районирование Нечерноземной зоны РСФСР. Автореф. дис. ... д.б.н. М.: МГУ, 1991. 50 с.
14. Яковлев А.С. Биологическая активность дерново-подзолистых почв и вопорсы диагностики их свойств. Автореф. дис. ... к.б.н. М.: МГУ, 1981. 23 с.
15. Adl S.M., Simpson A.G.B., Farmer M.A., Andersen R.A., Anderson O.R., Barta J., Bowser S., Brugerolle G., Fen-some R., Fredericq S., James T.Y., Karpov S.A., Kugrens P.,
KrugJ., Lane C., Lewis L.A., Lodge G., Lynn D.H., Mann D., McCourt R.M., Mendoza L., Moestrup 0., Mozley-Stand-ridge S.E., Nerad T.A., Shearer C., Smirnov A.V., Spiegel F., Taylor F.J.R. The new higher level classification of eu-karyotes with emphasis on the taxonomy of protists // J. Eucaryot. Microbiol. 2005. Vol. 52. P. 399-432.
16. Gilbert D., Mitchell E. Microbial diversity in Sphagnum peatlands. In: Martini I.P., Martinez Cortizas A., Chesworth W. (eds.). Peatlands: Evolution and Records of Environmental and Climatic Changes. Amsterdam: Elsevier, 2006. P. 289-320.
17. Warner B.G. Abundance and diversity of testate amebas (Rhizopoda, Testacea) in Sphagnum peatlands in Southwestern Ontario, Canada // Arch. Protistenk. 1987. Bd. 133. S. 173-189.
