CC BY
28
УДК 631.46:631.461.5
И. А. Дегтярева, И. А. Яппаров, А. Я. Давлетшина, А. Х. Яппаров, Т. Ю. Мотина, А. М. Ежкова, Р. Р. Газизов, Л. М.-Х. Биккинина, В.О. Ежков
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦОВ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ВЬЕТНАМ
И РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Ключевые слова: почвенные образцы, суммарная микробная биомасса, респираторная активность, аммонификаторы, ди-
азотрофы, микромицеты.
Микробиологический мониторинг почвенных образцов Социалистической Республики Вьетнам и Республики Татарстан включал определение суммарной микробной биомассы, респираторной активности и численности основных эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов. По комплексу изученных показателей почвенные образцы из СРВ сопоставимы по изучаемым параметрам с серой лесной почвой РТ. Установлено присутствие в почвенном образце №2 из СРВ фитопатогенных (Fusarium) и условно патогенных (Penicillum, Aspergillus) микромицетов. В серой лесной почве РТ доминируют представители рода Trichoderma. Микробиологические исследования в сфере почвенной микробиологии необходимы для плодотворного международного сотрудничества в сферах микробиологии, экологии и биотехнологии.
Keywords: soil samples, microbial biomass, respiratory activity, ammonificators, diazotrophy, micromycetes.
Microbiological monitoring of soil samples, the Socialist Republic of Vietnam and the Republic of Tatarstan included the determination of total microbial biomass, respiratory activity and the number of main ecological-trophic groups of soil microorganisms. The complex of the studied parameters of soil samples from Vietnam are comparable in the studied parameters of grey forest soil RT. The presence in the soil sample №2 from Vietnam phytopathogenic (Fusarium) and opportunistic (Penicillum, Aspergillus) of micromycetes. In the gray forest soil RT is dominated by members of the genus Trichoderma. Microbiological research in the field of soil microbiology is necessary for fruitful international cooperation in the fields of microbiology, ecology and biotechnology.
Введение
Почва является основным фактором, определяющим состав бактериального сообщества [1, 2]. В почве микроорганизмы должны адаптироваться к сложным комплексам субстратов, физических и химических условий и биотических взаимодействий, каждое из которых может повлиять на состав сообщества. Изменения в структуре сообществ микроорганизмов могут быть связаны с изменениями в ряде свойств почвы, включая ее структуру [2], влажность, рН почвы [3], а также наличие доступного азота в почве [4]. При изучении влияния текстуры почвы на бактериальное сообщество А. Sess1tsch с соавторами [5] показали, что биомасса зависит от размера частиц, с соответствующим повышением разнообразия и биомассы. Доминирующий почвенный фактор, который играет ключевую роль в микробном сообществе, определить бывает сложно, так как на это влияет комбинация нескольких характеристик в совокупности [6].
Микроорганизмы являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, активно участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия. Поэтому изучение состава, свойств и количественных соотношений разных физиологических и систематических групп микроорганизмов дает ценную информацию об агрономических свойствах почв [7, 8]. Исследования свойств почвенных образцов Социалистической Республики Вьетнам (СРВ) и Республики Татарстан (РТ) необходимы для плодотворного международного сотрудничества в сферах микробиологии, экологии и биотехнологии.
Цель исследований - сравнительная характеристика микробиологического состава почвенных об-
разцов Социалистической Республики Вьетнам и Республики Татарстан.
Экспериментальная часть
Объекты исследований - два почвенных образца из СРВ (провинция Ламб Донг) и серая лесная почва РТ.
Почвенный образец №1 СРВ имел следующую агрохимическую характеристику: органическое вещество - 3,22%, рНсол. - 6,56, Нг - 0,61 мг-экв/100 г, $по - 15,9 мг-экв/100 г, Мщел. - 89,1 мг/кг,
Nобщ.
0,142%, NN03 - 5,46 мг/кг, Р2О5 - 102,0 мг/кг, К2О -87,0 мг/кг.
Агрохимическая характеристика почвенного образца №2 СРВ: органическое вещество - 2,45%, рНсол. - 6,67, Нг - 0,76 мг-экв/100 г, SпО - 11,4 мг-экв/100 г, Ндел. - 80,5 мг/кг, К,бщ. - 0,129%, NN0., -5,13 мг/кг, Р2О5 - 128,0 мг/кг, К2О - 99,0 мг/кг.
Агрохимическая характеристика серой лесной почвы РТ: органическое вещество - 4,05%, рНсол. -5,90, Нг - 1,23 мг-экв/100 г, SпО - 20,4 мг-экв/100 г, - 0,230%, Р2О5 - 130,0 мг/кг, К2О - 108,0 мг/кг.
Комплексное исследование микробиоценоза почвенных образцов из СРВ и РТ включало определение суммарной микробной биомассы, респираторной активности и численности различных эколо-го-трофических групп микроорганизмов.
Суммарную микробную биомассу (Ст1с) вычисляли на основе субстрат-индуцированной респираторной активности [9]. Респираторную активность почвенного микробного сообщества оценивали путем титрометрического определения количества СО2, выделившегося после поглощения щелочью [9]. Определение численности жизнеспособных микроорганизмов различных эколого-трофических групп проводили методом посева соответствующих разведе-
ний на элективные среды [10]: аммонифицирующих бактерий - на мясо-пептонном агаре, азотфиксирую-щих - на среде Эшби, денитрифицирующих - на среде Гильтая, фосфатмобилизующих - на среде Муромцева, бактерий, использующих минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачном агаре, микромицетов -на среде Чапека. Определение видового состава микромицетов проводили по Саттон [11].
Все параметры измеряли не менее чем в трехкратной повторности, а статистическую обработку результатов осуществляли с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.
Результаты и их обсуждение
Сравнительный агрохимический анализ почвенных образцов из Социалистической Республики Вьетнам и Республики Татарстан свидетельствует о том, что изученные почвенные образцы сопоставимы по большинству изученных показателей. Так, оба образца из СРВ по обеспеченности органическим веществом относительно степени гумусиро-ванности относятся к низкогумусным почвам, по степени кислотности (рНсол. и гидролитическая кислотность) почва характеризуется как нейтральная, сумма поглощенных оснований по уровню характеризуется средним и повышенным содержанием, содержание общего азота в норме, по содержанию нитратного азота почва имеет низкий уровень нит-рификационной способности.
В серой лесной почве Республики Татарстан содержание общего азота, подвижного фосфора и обменного калия выше, чем в почвенных образцах СРВ.
Микробиологический состав является одними из существенных показателей состояния и плодородия почв. Интегральным показателем состояния почвенного биоценоза является суммарная микробная биомасса. Ее содержание в почвах зависит от их физико-химических свойств, климатических и гидротермических условий, растительности, а также внесенных веществ, в том числе и чужеродных (ксенобиотиков и поллютантов). Содержание суммарной микробной биомассы значительно выше в почвенном образце №1 по сравнению с другими изучаемыми образцами и составляет 36,6 мг С02/100 г*ч. В серой лесной почве Республики Татарстан и почвенном образце №2 СРВ данный показатель примерно одинаков -29,2 и 28,0 мг С02/100 г*ч соответственно.
Одной из важнейших биохимических характеристик почвы является базальное дыхание, которое отражает способность микробного сообщества к минерализации органического вещества в почве. Изучаемый показатель также, как и в случае с суммарной микробной биомассой, значительно выше в образце почвы №1 СРВ (21,9 мг С02/100 г*24ч), что свидетельствует о наличии доступного субстрата для микроорганизмов и большей скорости продуцирования СО2 по сравнению с остальными исследуемыми образцами. Значение респираторной активности почвенного образца №2 СРВ составляет 14,2 мг С02/100 г*24ч, что сопоставимо с таковым в серой лесной почвой РТ.
Количество микроорганизмов, определяющее как интенсивность круговорота веществ в экосистеме, так и направление почвообразовательного про-
цесса, является составной частью почвенного органического вещества, его наиболее подвижной и активной частью. Аммонификаторы, азотфиксаторы, денитрификаторы, фосфатмобилизующие микроорганизмы в достаточно высоком количестве представлены в обеих исследованных почвах Социалистической Республики Вьетнам.
Учет численности аммонифицирующей микрофлоры почвы является важным этапом в микробиологической оценке состояния плодородия пашни и в почвенно-экологическом мониторинге сельскохозяйственных земель [12-15]. Численность аммони-фикаторов является максимальной среди всех изучаемых физиологических групп. При этом их количество значительно выше в серой лесной почве РТ (в 1,3 и 1,9 раз по сравнению с почвенными образцами №1 и №2 СРВ, соответственно), наименьшее же их количество обнаружено в почвенном образце №2 (9,0*106 КОЕ/г почвы).
Изучение численности диазотрофных микроорганизмов, которые играют существенную роль в пополнении в почве запасов азота, показало, что в почвах СРВ они присутствуют в достаточно высоком количестве, сопоставимым с таковым для серых лесных почв Среднего Поволжья Российской Федерации (3,3*106 КОЕ/г почвы). Наибольшее количество диазотрофов в почвах СРВ, так же как и в случае с аммонификаторами, обнаружена в образце №1 (2,5*106 КОЕ/г почвы).
Денитрифицирующие микроорганизмы, осуществляющие восстановление нитратов до газообразного азота, присутствуют в минимальном количестве в образце почвы №2 Вьетнама (0,06*106 КОЕ/г почвы). Достаточно высокая их численность обнаружена в почвенном образце №1 СРВ и серой лесной почве РТ (2,5*106 КОЕ/г почвы), что свидетельствует об интенсивности процесса денитрифи-кации. При этом освобожденный кислород вторично используется для окисления органических веществ, а освобождающийся азот выделяется в атмосферу.
Существенным фактором плодородия почвы является присутствие в ней микроорганизмов, способных извлекать фосфор из водонерастворимых соединений, увеличивая тем самым его доступность для растений. Данная группа микроорганизмов преобладает в серой лесной почве РТ (в 2,0 и 2,3 раза больше по сравнению с образцами почв №1 и №2 СРВ соответственно). Количество фосфатмобили-зующих микроорганизмов в почвенном образце №1 составляет 5,2*106 КОЕ/г почвы, а в образце №2 -4,5*106 КОЕ/г почвы, что способствует повышению биологического потенциала ризосферы, улучшению питания растений и увеличению их продуктивности.
Бактерии, использующие минеральные формы азота, в одинаковом количестве обнаружены во всех исследованных почвах. Их высокая численность (3,3-4,0*106 КОЕ/г почвы) свидетельствует об интенсивности процессов минерализации органического азота почвы.
Таким образом, по комплексу изученных микробиологических показателей (суммарная микробная биомасса, базальное дыхание, численность эколого-трофических групп), а также агрохимической харак-
теристике этих образцов установлено, что почвенные образцы из Социалистической Республики Вьетнам сопоставимы с серой лесной почвой Республики Татарстан.
Для формирования плодородия почв почвенные микромицеты представляют универсальную по своему значению группу. Количество микроскопических грибов в 3,4 раза выше в первом почвенном образце СРВ (17,0*103 КОЕ/г почвы) по сравнению с почвенным образцом №2 и серой лесной почвой РТ, в которых их количество составляет только 5,0*103 КОЕ/г почвы.
Одной из причин заболевания растений является накопление фитопатогенной микрофлоры в почвах. По качественному составу в почвенном образце №2 Социалистической Республики Вьетнам преобладают представители родов Penicillum (условнопатогенные), Fusarium (фитопатогенные), в то время как в первом образце доминируют Penicillum, Mucor, Aspergillus.
Фитопатогенные микромицеты не только снижают урожай возделываемых культур, но и могут значительно ухудшить его качество. Грибы рода Fusarium широко распространены в природе. Вред, причиняемый грибами этого рода, в различных странах мира различен. Наиболее сильно страдают посевы родов Pinus, Picea, Larix.
Необходимо отметить, что в серой лесной почве РТ фитопатогенные микромицеты отсутствуют, а доминируют представители рода Trichoderma. Представители этого рода обладают развитой системой ферментативного аппарата, что обеспечивает им высокую приживаемость и конкурентоспособность в экологической нише.
Заключение
Плодотворное использование почв невозможно без изучения состава почвенного микронаселения, наиболее значимых физиологических групп микроорганизмов и их активности. Проведенный микробиологический мониторинг показал, что менее антропогенно нарушенной из почв Социалистической Республики Вьетнам является почвенный образец №1 провинции Ламб Донг. По составу микроскопических грибов почвенные образцы СРВ уступают
© И. А. Дегтярева - д-р биол. наук, зав. отд. агроэкологии и микробиологии, «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», peace-1963@mail.ru; И. А. Яппаров - д-р биол. наук,, врио директора «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», niiaxp2@mail.ru, А. Я. Давлетшина - канд. с/х наук, ст. науч. сотр. отдела агроэкологии и микробиологии того же инта, kindness2006@mail.ru, А. Х. Яппаров - д-р с/х наук, проф., научный консультант «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», niiaxp2@mail.ru, Т. Ю. Мотина - канд. биол. наук, ст. науч. сотр. отдела агроэкологии и микробиологии того же ин-та;
A. М. Ежкова - д-р биол. наук, зав. отделом животноводства и ветеринарии «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», egkova-am@mail.ru, Р.Р. Газизов - к.с.-х.н., ученый секретарь, зав. отделом воспроизводства почвенного плодородия и питания растений того же ин-та; Л. М.-Х. Биккинина - канд. с/х наук, зав. лаб. агрохимических исследований того же ин-та, liliyaagro@mail.ru,
B. О. Ежков - д-р вет. наук, проф. каф. пищевой инженерии малых предприятий КНИТУ, egkov-vo@mail.ru.
© I. A. Degtyareva - dortor of biology Science, head of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, peace-1963@mail.ru; I.A. Yapparov - dortor of biology Science, Acting Director Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, niiaxp2@mail.ru, A.Ya. Davletshina - Ph. D. of agricultural science, senior researcher of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, kindness2006@mail.ru; A. Kh. Yapparov -dortor of agriculture Science, Professor, scientific consultant Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, T. Yu. Mot-ina - Ph. D. of biological science, senior researcher of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, niiaxp2@mail.ru, A. M. Ezhkova - doctor of biological sciences, ead of the animal production and health division of Tatar research institute for soil science and agricultural chemistry, egkova-am@mail.ru, R. R. Gazizov - candidate of Agricultural Sciences, scientific secretary, the head of the Department of reproduction of soil fertility and plant nutrition, "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry» L. M.-H. Bikkinina - Ph. D. of agricultural science, head of the laboratory of agrochemical research of Tatar research institute for soil science and agricultural chemistry, liliyaagro@mail.ru, V. O. Ezhkov - doctor of Veterinary Sciences, professor of the Department of Food Engineering of Small Enterprises of KNRTU, egkov-vo@mail.ru.
серой лесной почве РТ, в которой доминируют представители рода Trichoderma. Диагностика микробиологического состава почвенных образцов является необходимой для разработки технологий эффективного использования почв и восстановления их плодородия, в том числе и в рамках международного сотрудничества.
Литература
1. A.A. Gelsomino, C. Keijzer-Wolters, G. Cacco & van J.D. Elsas J Microbiol Meth, 38, 1-15 (1999).
2. M.S. Girvan, J. Bullimore, J.N. Pretty, A.M. Osborn, A.S. Ball Appl. Environ. Microbiol., 69, 1800-1809 (2003).
3. N. Fierer, R.B. Jackson Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103, 626631 (2006)
4. S.D. Frey, M. Knorr, J.L. Parrent, R.T. Simpson. Forest Ecology and Management, 196, 159-171 (2004).
5. A. Sessitsch, A. Weilharter, M.H. Gerzabek, H. Kirchmann & E. Kandeler Appl Environ Microbiol, 67, 4215-4224 (2001).
6. J.P. Schimel, S.M. Schaeffer Front. Microbiol., 3, 348 (2012).
7. М.М. Умаров, А.В. Кураков, Л.А. Степанов Микробиологическая трансформация азота в почве. М.: ГЕОС, 2007. - 138 с.
8. И.А. Дегтярева, А.Х. Яппаров, А.Я. Давлетшина, Т.Ю. Мотина Ученые записки Казанской госуд. акад. ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана, 223, 55-57 (2015).
9. Microbiological methods for assessing soil quality / ed. By J. Dloem, D.W. Hopkins, A. Benedetti. CABI Publishing, 307 p., (2006)
10. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: МГУ, 1991. - 304 с.
11. Д.А. Саттон, А.В. Фотергилл, М.Г. Ринальди Определитель патогенных и условно патогенных грибов. M.: Мир. 2001: 470 с.
12. И.А. Дегтярева, А.Х. Яппаров, Д.С. Дмитричева Ученые записки Казанской госуд. академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана, 202, 73-77 (2010).
13. В.И. Титова, А.В. Козлов Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества Н. Новгород, 2012. - 64 с.
14. И.А. Дегтярева, А.Я. Хидиятуллина Вестник Казан. технол. ун-та, 17, 13, 242-245 (2014).
15. И.А. Дегтярева, А.Х. Яппаров, Д.С. Дмитричева, С.К. Зарипова Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 7, 133-137 (2012).
