CC BY
12
ЭКОЛОГИЯ
УДК 631.4:577.4:502.7
СТРУКТУРА МИКРОБНЫХ КОМПЛЕКСОВ
ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И РЕМЕДИАЦИИ АГРОДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ*
В.А. Терехова, Е.В. Федосеева, Ю.В. Бельфег, А.П. Кирюшина,
А.Г. Рычагова, Н.В. Верховцева
В условиях модельного вегетационного эксперимента (30 сут) изучены отклики микробных сообществ агродерново-подзолистых почв (Чашниково, Московская обл.) с разным содержанием органического углерода (3,86 и 1,30%) на полиметаллическое загрязнение тяжелыми металлами (Си — 660, 7п — 1100, РЬ — 650 мг/кг), обработку биоуглем (5%) и лигногуматом (0,25%). Методами классического посева на агар Чапека и анализа липидных профилей почв методом газовой хроматографии — масс-спектрометрии дана оценка различий по численности КОЕ, биомассе грибов и бактерий, разнообразию культивируемых грибов в сильно- и слабогумусированной почвах. Значимого влияния тяжелых металлов на численность колониеобразующих единиц грибов и число культурально-морфологических типов колоний не выявлено, но отмечено снижение биомассы грибов и бактерий в обеих почвах, причем в слабогумуси-рованной оно выражено в значительно большей степени. Кроме того, под действием тяжелых металлов проявились различия между почвами в разной степени увеличения доли резистентных меланизированных форм грибов: в сильногумусированной — на 25,9, в слабогумусированной — на 45,7%. Рассмотрены чувствительность и универсальная значимость структурных показателей как индикаторов стабильности микробных комплексов при химическом загрязнении почв разной гумусированности: к наиболее чувствительным и надежным индикаторам отнесена оценка доли меланизированных грибов.
Ключевые слова: биоиндикация, полиметаллическое загрязнение, микромицеты, бактерии, липидный профиль почв, органический углерод, разнообразие микроорганизмов, лигногумат, биочар.
Введение
Микробные комплексы, благодаря участию в конверсии органического материала и высвобождению минеральных элементов для питания растений, являются важнейшим компонентом, обеспечивающим устойчивое функционирование почв агроценозов [1, 4, 5, 19]. Использование надежных индикаторных характеристик почвенной микро-биоты важно для совершенствования оценки риска химического загрязнения и других воздействий на почвы, при этом рассматриваются как функциональные, так и структурные показатели разных групп микроорганизмов [2, 6—8, 12, 14, 21]. Об изменении качества и «здоровья» почвы судят по различным интегральным характеристикам (ферментативной активности, запасам микробной биомассы, дыхательной активности, денитрификации, метаногенезу, функциональному разнообразию) и частным индексам (разнообразию по Шеннону,
встречаемости видов-индикаторов, патогенных, резистентных меланизированных форм) [7, 8, 10, 15, 16, 18]. В программах экологического мониторинга почв и наземных экосистем ряда европейских стран некоторые из них утверждены законодательно [12, 18, 20]. Несмотря на это и на многочисленные примеры, демонстрирующие значимость разнообразных показателей развития грибных и бактериальных сообществ в экологической оценке, вопросы их надежности и информативности в различающихся почвенных условиях остаются дискуссионными [5, 12, 25].
Современные методологические подходы и методы позволяют проводить анализы грибных сообществ с привлечением биохимических маркеров и метагеномных реконструкций сообществ. Однако традиционные подходы, в частности, посев на питательные среды, дают представления о структуре и наличии в почве, как правило, активных культи-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ грант № 18-04-01218а «Исследование особенностей распределения встречаемости видов микромицетов для оценки экологического риска загрязненных почв до и после ремедиации» и имеет грант для поддержки ведущих научных школ «Депозитарий живых систем Московского университета» в рамках Программы развития МГУ им. М.В. Ломоносова.
вируемых видов микроорганизмов с возможностью характеризовать трансформацию их физиологических (кинетических) свойств, изменений в пигментации колоний и ряд других удобных для скри-нинговой визуальной диагностики индикаторных признаков.
В условиях модельного вегетационного эксперимента нами проведен анализ изменений микробиологических показателей в двух агродерново-под-золистых почвах разной степени гумусированности под влиянием полиметаллического загрязнения (Си, РЬ, 2п) и обработки общеизвестными ремедиан-тами (биоуголь (биочар), лигногумат).
Грибные и бактериальные сообщества оценивали по показателям культурально-морфоло-гического и кинетического разнообразия, общей численности (традиционный посев грибов) и структурного анализа биомассы микробных сообществ (липидные профили почв).
Материалы и методы исследования
Объект изучения — агродерново-подзолистые почвы (пахотные (агро) горизонты) тяжелосуглинистого гранулометрического состава, отобранные на двух полях УО ПЭЦ «Чашниково» МГУ им.М.В.Ломоносова (Московская обл., Солнечногорский р-н). Исходные почвы в три раза различаются по содержанию органического углерода (Сорг): почва I — 3,86% (сильногумусирован-ная), почва II — 1,30% (слабогумусированная). Моделирование полиметаллического загрязнения заключалось в добавке к навеске смеси водных растворов солей (Си80ф 2п804 и РЬС12) для достижения концентрации, равной: Си — 660, 2п — 1100 и РЬ — 650 мг/кг почвы, что соответствует пяти ориентировочно допустимым концентрациям (ОДК) для катионов каждого тяжелого металла (ТМ) (ГН 2.1.7.2511-09). В отдельные варианты опыта добавляли биоуголь, или биочар, (ООО «Мета-ком», РФ) в сухом виде — 5% и лигногумат калия (НПО «РЭТ», РФ) в виде водного раствора — 0,25% от массы почвы. Загрязненные ТМ почвы выдерживали 7 сут при комнатной температуре для равномерного распределения воды и солей, затем делили на варианты: четыре контрольных для добавки биоугля и лигногумата (отдельно и вместе) и ТМ и четыре опытных, загрязненных ТМ без добавок и с добавками биоугля и лиг-ногумата. Подготовленные восемь вариантов образцов каждой почвы инкубировали еще 7 сут при комнатной температуре, а затем почву каждого из них распределяли по трем вегетационным сосудам (по 2,5 кг). Варианты эксперимента для почв I и II следующие: контроль (К), биоуголь (Б), лигногумат (Л), биоуголь + лигногумат (БЛ), ТМ-контроль (ТМ), ТМ + биоуголь (ТМБ),
ТМ + лигногумат (ТМЛ), ТМ + биоуголь + лигногумат (ТМБЛ).
Образцы почвы для микробиологического анализа отбирали из вегетационных сосудов по окончании 30-суточной вегетации в них растений горчицы белой (Sinapis alba L.) [9].
В процессе исследования определяли содержание органического углерода (ISO 14235:1998), валовых форм Cu, Zn и Pb (ФР.1.29.2006.02149, спектрометр Aglient 5110 ICP-OES) и агрохимические показатели (стандартные способы). Значение рН водной вытяжки (почва: вода =1:4) определяли потенциометрическим методом (рН-метр Hanna HI2211-02).
Микробиологический анализ комплексов культивируемых видов грибов проводили методом посева на подкисленную (для подавления роста бактерий) агаризованную среду Чапека стандартного состава: NaNO3 — 3,0 г/л; KH2PO4 — 1,0; MgSO4 7H2O — 0,5; KCl — 10,5; FeSO4 7H2O — 0,01; сахароза — 30,0; агар-агар — 15,0 г/л. Навески (1 г абсолютно сухой массы) вносили в колбы с 99 мл дистиллированной воды и в течение двух часов взбалтывали на шейкере. Из каждой колбы отбирали 1 мл суспензии и вносили в пробирки с 9 мл дистиллированной воды (разведение — 103), откуда брали аликвоту (0,2 мл) для посева на чашку Петри со средой Чапека и инкубировали в темноте при 23—24°.
Учет общей численности колониеобразующих единиц (КОЕ) и количества темноокрашенных меланизированных микромицетов проводили на 10-е сут роста [3] по формуле:
Т/АГ _ число колоний в чашке ■ разведение
КОЕ =-;->
мл суспензии ■ к
где к — коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву. Кинетические показатели (скорость роста) оценивали по изменению радиуса грибных колоний в интервале 7—10-е сут роста. К медленнорастущим относили микромицеты со средней радиальной скоростью роста колоний до 0,20, к быстрорастущим — 0,21 мм/ч и более [8].
Биомассу грибов и бактерий определяли методом газовой хроматографии — масс-спектрометрии (ГХ—МС) [22].
Средние значения рассчитаны по результатам пяти повторностей (n = 5). Общую численность КОЕ грибов, колоний с разной скоростью роста и пигментацией, число КМТ сравнивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA). Достоверность различий между вариантами определяли попарным множественным сравнением средних (тест Тьюки). Кластеризацию образцов на основании полученных данных осуществляли методом тепловых карт (heat maps). Статистический анализ данных и их визуализация выполнены с помощью программы XLStat и в про-
граммной среде R c помощью пакетов «саг» и «multcomp». Индексы Шеннона и Пиелу грибных сообществ, различающихся по радиальной скорости роста колоний, рассчитывали в приложении Synecol.
Результаты и их обсуждение
Исходные почвы несколько различались по содержанию Си, Pb, Zn: в почве I — 22,0; 23,7; 89,1; в почве II — 9,3; 10,1; 32,0 мг/г почвы соответственно. Согласно действующим нормативам, такие значения существенно ниже ОДК для этих катионов, что позволяет относить исследуемые почвы к незагрязненным ТМ. По содержанию других биогенных элементов (N, P, K) также наблюдались некоторые различия в исходных образцах и после внесения добавок [9]. По содержанию N—NO3, отношению С: N и значению рН почвы различались незначительно.
Обработка лигногуматом практически не повлияла на содержание Сорг, тогда как в почвах с добавлением биочара оно повысилось примерно на 4%. Значения рН почв с добавками оказались на уровне контрольных (т.е. без добавок).
Общая численность микромицетов в сильногу-мусированной почве I (Сорг 3,9%) составила в среднем 106,0, в слабогумусированной II (Сорг 1,3%) — 67,8 тыс. КОЕ/г. ТМ не вызвали статистически значимых изменений этого показателя в обеих почвах (92,8 и 101,9 тыс. КОЕ/г в почве I и почве II соответственно) (рис. 1, а).
Добавка смеси биоугля и лигногумата повысила численность КОЕ в загрязненных ТМ почвах (на 72,4 и 95,5% в почвах I и II соответственно). Внесение ремедиантов по отдельности также способствовало увеличению КОЕ, но в меньшей степени, чем их смесь. Причем биоуголь в почве II даже несколько ингибировал этот показатель. В незагрязненных ТМ почвах биоуголь и лигно-
Рис. 1. Интегральные характеристики микробных сообществ: а — общая численность КОЕ микромицетов (метод посева); б — биомасса грибов и численность бактерий (метод ГХ—МС) в агродерново-подзолистых почвах (0—20 см) с разным содержанием Сорг при полиметаллическом загрязнении и внесении ремедиантов. Среднее ± стандартная ошибка среднего (п = 5); значения, которым присвоены разные буквы для почвы I или II, различаются значимо ^ < 0,05, критерий Тьюки)
(усл. обознач. см. в тексте на с. 39)
гумат значимо не повлияли на численность мик-ромицетов.
Общая биомасса грибов и бактерий, по данным ГХ—МС, в исходных почвах различалась (рис. 1, б). В сильногумусированной почве I бактерий насчитывалось 576 • 106, в слабогумусированной — 325 • 106 кл/г почвы; грибов — 208,2 и 281,3 мкг/г соответственно. Внесение ТМ снижало биомассу микроорганизмов: в почве I и бактериальную, и грибную — почти в два раза, в почве II — грибную в три раза, а бактериальную — на треть. Добавки лигногумата стимулировали рост бактериальных клеток в обеих почвах лучше, чем биоуголь
как в отдельности, так и при совместном внесении с лигногуматом. В целом восстановления численности КОЕ или биомассы до исходных значений при обработке почв с полиметаллическим загрязнением ремедиантами в выбранных дозах не наблюдалось.
Разнообразие микромицетов характеризовали по культурально-морфологическим признакам колоний и кинетическим показателям (радиальная скорость роста). Разнообразие по культурально-морфологическим типам колоний (КМТ), которое, как правило, коррелирует с показателями видового разнообразия, отражено на рис. 2, а в сред-
Рис. 2. Разнообразие микромицетов в агродерново-подзолистых почвах (0—20 см) с разным содержанием Сорг при полиметаллическом загрязнении и внесении ремедиантов: а — число КМТ, ед.; б — доля темноокрашенных колоний, %; в —
доля быстрорастущих колоний, % (усл. обознач. см. в тексте на с. 39)
них значениях их числа на чашку Петри. В исходных почвах различия по этому показателю невелики (9,8 ± 2,3 и 8,4 ± 2,3 ед. в почве I и почве II соответственно). Полиметаллическое загрязнение ТМ снизило его в почве I до 7,0 (на 28,6%), в почве II — до 5,6 (на 33,3%). Действие ремедиантов на фоне ТМ проявилось только в почве I, где при совместном внесении лигногумата и биоугля (образец ТМБЛ) увеличивалось число КМТ до 10,4 (на 44,7%); в слабогумусированной почве они не оказывали значимого влияния на этот показатель.
Содержание резистентных к загрязнению ме-ланизированных форм в обеих почвах статистически не различалось (10,2 и 9,5%) (рис.2, б). ТМ вызвали повышение доли меланизированных форм в почве I более чем в два раза (до 25,9%), в почве II — почти в пять раз (до 45,7%). В почвах с ТМ совместное внесение биоугля и лигногума-та снижали долю резистентных форм, причем в слабогумусированной почве — в пять раз. В незагрязненных ТМ почвах ремедианты в меньшей степени или совсем не влияли на содержание тем-ноокрашенных микромицетов в обеих почвах.
Влияние легкодоступного органического углерода, как правило, проявляется в повышении доли быстрорастущих колоний. Наш анализ свидетельствует о том, что в почвах разных вариантов эксперимента в составе грибов этот показатель снижался при всех добавках, за исключением почвы II с ТМ и биоуглем (рис. 2, в). Эти данные подтвердили тот факт, что углеродсодержащие ремедиан-ты в указанных дозах не обеспечивают увеличения доли быстрорастущих грибов.
Учет обилия колоний с определенной скоростью роста и его распределение по классам Кг [8] позволяет применить к кинетическим показателям расчетные методы вычисления индексов биораз-
Кинетическое разнообразие микромицетов в агродерново-подзолистой почве с разным содержанием Сорг при полиметаллическом загрязнении и с добавками биоугля и лигногумата
Образец почвы Индекс разнообразия по Шеннону (Н) Индекс выравненности по Пиелу (Е)
почва I почва II почва I почва II
К 1,43 1,04 0,51 0,45
Б 0,92 0,89 0,36 0,56
Л 1,10 1,64 0,55 0,64
БЛ 1,44 1,88 0,72 0,67
ТМ 1,36 1,17 0,59 0,45
ТМБ 0,61 1,35 0,31 0,52
ТМЛ 1,09 1,08 0,39 0,42
ТМБЛ 0,49 0,78 0,24 0,34
нообразия Шеннона (Н) и выравненности Пие-лу (Е) (таблица).
Невысокие значения индекса биоразнообразия (Н0,5—1,9) указывают на неустойчивое состояние и слабую выравненность (E 0,24—0,72) грибных сообществ по кинетическим показателям микромицетов во всех вариантах опыта. ТМ в слабогумусированной почве несколько повышали разнообразие, но практически не влияли на выравненность; в сильногумусированной — снижали Н и незначительно повышали Е. Добавки лигногумата и биоугля в загрязненных ТМ почвах воздействовали разнонаправленно.
Заключение
Для обобщения полученных результатов и сравнения откликов микромицетных сообществ на воздействие ТМ и добавки биоугля и лигногумата в почвы с разным содержанием органического углерода проведена кластеризация данных (численность КОЕ, разнообразие по числу КМТ, доли резистентных меланизированных и быстрорастущих грибов) методом тепловых карт (heat maps) (рис. 3).
Анализ показал, что в целом воздействие ТМ на структуру микробных сообществ в большей степени проявилось в слабогумусированной почве (Сорг 1,3%) (рис.3, б), что совпадает с выводами многих опубликованных работ, в которых отмечается большая устойчивость к химическому загрязнению сильногумусированных почв. В качестве показателей «здоровья» почв используют как функциональные, так и структурные характеристики [13, 16, 19, 20, 23], среди которых к наиболее востребованным и популярным можно отнести параметры эмиссии СО2, биомассу [6, 13, 15, 18, 21, 23—25] и ферментативную активность [11, 17, 20, 21. 26, 27]. Ранее нами было показано, что среди функциональных микробных характеристик лишь некоторые могут иметь информативную индикаторную ценность. Так, на основании эмиссии СО2 были рассчитаны изменения в содержании микробной биомассы, скорости ба-зального дыхания и микробного метаболического коэффициента (qCO2). при загрязнении ТМ почв разного гумусного статуса. Установлено, что наиболее существенное изменение происходит в содержании микробной биомассы, причем, независимо от содержания органического углерода, qCO2 и субстрат-индуцированное дыхание являются менее чувствительными показателями загрязнения почвТМ [10].
В данной работе мы сравнили структурные показатели микробных сообществ по информативности в отношении устойчивого функционирования почв. Внесение ТМ привело к существенно большему росту доли темноокрашенных микроми-
ТМ ТМБ ТМЛ ТМБЛ К Л Б БЛ Рис. 3. Кластеризация данных методом тепловых карт: а — почва I (Сорг = 3,'
; б -почва II (Сорг= 1,3%)
цетов в слабогумусированной почве по сравнению с сильногумусированной, что можно расценивать как защитную реакцию обедненной гумусом почвы, в которой в перспективе меланиновые пигменты могут выступать прекурсорами гуминовых веществ, согласно меланоидной теории образования гумуса. Этот компенсаторный механизм, позволяющий повысить устойчивость почв при химическом загрязнении, представляется вполне логичным, а возрастание доли меланизированных резистентных форм грибов под воздействием ТМ является надежным индикатором качества слабогу-мусированных почв в условиях химического риска. В проведенном комплексном эксперименте стрессовое неблагополучное их состояние по содержанию меланизированных грибов хорошо коррелирует с биомассой растений [9]. В слабогумусиро-ванной почве с ТМ растения не выросли, тогда
как 5 ОДК цинка, свинца и меди не были большим препятствием для вегетации тест-растений S. alba в сильногумусированной почве. Эффекты на структуру микробных сообществ от внесения биоугля и лигногумата в исследуемых дозах и при заданных почвенных характеристиках (5 ОДК, различия по Сорг и др.) не были однозначно положительными. В одних вариантах опыта лучшим почвоулуч-шителем оказался биоуголь, в других — лигногумат или его сочетание с биоуглем. Исследования ремедиирующей эффективности этих препаратов продолжаются.
Авторы выражают признательность: П.В. Учанову и Е.В. Прудниковой за помощь в отборе образцов почв, канд. биол. наук М.М. Карпухину за химический анализ почв, Научно-производственному объединению «Реализация Экологических Технологий» (ООО НПО «РЭТ»)
за предоставленные образцы лигногумата, компании ООО «Метаком» за сотрудничество по оценке эффектов биоугля.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Верховцева Н.В., Ларина Г.Е., Спиридонов Ю.Я. и др. Микробные консорциумы почв агроценозов разных природных зон России с учетом их сельскохозяйственного использования// Пробл. агрохим. и экол. 2008. № 2.
2. Горленко М.В., Якименко О.С., Голиченков М.В., Костина Н.В. Функциональное биоразнообразие почвенных микробных сообществ при внесении органических субстратов различной природы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2012. № 2.
3. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М., 1991.
4. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М., 1987.
5. Кирюшин В.И. Методология комплексной оценки сельскохозяйственных земель // Почвоведение. 2020. № 7. DOI: 10.31857/S0032180X20070060
6. Костина Н.В., Чернышева А.Н., Горленко М.В. и др. Влияние жизнедеятельности почвообитающих личинок типулид (Tipula maxima) на биологическую активность в почве // Вестн. Моск.ун-та. Сер. 17. Почвоведение . 2019. № 1.
7. Марченко С.А., Панкратов Т.А., Горленко М.В., Кожевин П.А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. М., 2005.
8. Полянская Л.М., Тригер Е.Г., Кожевин П.А., Звягинцев Д.Г. Кинетическое описание структуры комплекса почвенных актиномицетов // Микробиология. 1988. № 57.
9. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кирюшина А.П. и др. Фитотестирование эффекта тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве разной степени окульту-ренности // Почвоведение. 2021. № 6.
10. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кулачкова С.А. и др. Микробиологические показатели агродерново-подзолистых почв разной гумусированности при внесении тяжелых металлов и углеродсодержащих препаратов // Почвоведение. 2021. № 2.
11. Andreeva O.A., Kozhevin P.A. Optimization of natural communities of soil microorganisms as a way to create microbial fertilizers // Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 2014. Vol.69, N 4.
12. Barrios E., Coutinho H.I.C., Medeiros C.A. Participatory Knowledge Integration on Indicators of Soil Quality — Methodological Guide. Nairobi, 2012.
13. Bobbie R.J., White D.C. Characterization of ben-thic microbial community structure by high-resolution gas chromatography of Fatty Acid methyl esters // Appl. Environ. Microbiol. 1980. Vol.39. DOI: 10.1128/aem.39.6.1212-1222.1980
14. Bunemann E.K., Bongiorno G., Bai Z. et al. Soil quality — A critical review // Soil Biol. Biochem. 2018. Vol.120. DOI: 10.1016/j.soilbio.2018.01.030
15. Creamer R.E., Schulte R.P.O., Stone D. et al. Measuring basal soil respiration across Europe: Do incubation temperature and incubation period matter? // Ecol. Indicators. 2014. Vol.36. DOI: 10.1016/j.ecolind.2013.08.015
16. Gonz,alez,-Quinenes A., Stockdale E.A., Banning N.C. et al. Soil microbial biomass — Interpretation and consideration for soil monitoring // Soil Res. 2011. Vol.49. DOI: 10.1071/sr10203
17. Heijden M.G.A. van der, Bardgett R.D., Straa-len N.M. van. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems // Ecol. Lett. 2008. Vol. 11. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2007.01139.x
18. Hofman J., Dusek L., Klanova J. et al. Monitoring microbial biomass and respiration in different soils from the Czech Republic — a summary of results // Environ. Internat. 2004. Vol. 30, N 1. DOI: 10.1016/S0160-4120(03) 00142-9
19. Kozhevin P.A., Zhebrak I.S., Maslova O.A. The role of soil microorganisms in environmental and food security // Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 2017. Vol. 72. https:// doi.org/10.3103/S0147687417050039
20. Lehman R.M., Cambardella C.A., Stott D.E. et al. Understanding and Enhancing Soil Biological Health: The Solution for Reversing Soil Degradation // Sustaina-bility. 2015. Vol.7.
21. Margesin R., Minerbi S., Schinner F. Long-term monitoring of soil microbiological activities in two forest sites in South Tyrol in the Italian Alps // Microbes Environ. 2014. Vol. 29, Is. 3. DOI: 10.1264/jsme2.ME14050
22. Osipov G.A., Turova E.S. Studying species composition of microbial communities with the use of gas chro-matography—mass-spectrometry. Microbial community of kaolin // FEMS Microbiol. Rev. 1997. Vol. 20.
23. Ouyang W., GengX., Huang W. etal. Soil respiration characteristics in different land uses and response of soil organic carbon to biochar addition in high-latitude agricultural area // Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. Vol. 23.
24. Slapakova B., Jembkova J., Vonsek K. et al. The biochar effect on soil respiration and nitrification // Plant Soil Environ. 2018. Vol. 64. DOI: 10.17221/13/2018-PSE
25. Terekhova VA. Soil bioassay: Problems and approaches //Eurasian Soil Sci.2011.Vol.44,N2.DOI: 10.1134/ S1064229311020141
26. Xu Y., Seshadry B., Bolan N. et al. Microbial functional diversity and carbon use feedback in soils as affected by heavy metals // Environ. Intern. 2019. Vol. 125. DOI: 10.1016/j.envint.2019.01.071
27. Yang Z, Liu S., Zheng D., Feng S. Effects of cadmium, zinc and lead on soil enzyme activities // J. Environ. Sci. 2006. Vol.18, N 6.
Поступила в редакцию 14.07.2020 После доработки 23.07.2020 Принята к публикации 25.07.2020
STRUCTURE OF MICROBE COMPLEXES
IN MODELING OF POLYMETALLIC POLLUTION
AND REMEDIATION OF AGRO-SODDY-PODZOLIC SOILS
V.A. Terekhova, E.V. Fedoseeva, Ju.V. Belfeg, A.P. Kirushina, A.G. Rychagova, N.V. Verkhovtseva
Under the conditions of a model vegetation experiment (30 days), the responses of microbial communities of agro-soddy-podzolic soil of two sites (Chashnikovo, Moscow region) with different organic carbon content (Corg 3,86 and 1,30%) to polymetallic pollution with heavy metals (HM: Cu 660, Zn 1100, Pb 650 mg/kg) and treatment with biochar (5%) and lignohumate (0,25%) Methods of classical inoculation on Czapek agar and analysis of soil lipid profiles by gas chromatography—mass spectrometry, an assessment of the differences in abundance colony forming units (CFU), the biomass of fungi and bacteria, the diversity of cultivated fungi in humus-rich and humus-poor soil. HMs did not have a significant effect on the number of CFU and the number of cultural-morphological types of colonies, but they reduced the biomass of fungi and bacteria in both soils, while this decrease was much more pronounced in a weakly humus soil. In addition, the differences between the soils manifested themselves in a different increase in the proportion of resistant melanized forms of fungi under the influence of HM in a highly humified soil — by 25,9%, and in a weakly humified soil — by 45,7%. The sensitivity and universal significance of structural indicators as indicators of the stability of microbial complexes under chemical contamination of soils of different humus content are discussed; among the studied, the most sensitive and reliable indicators include the assessment of the proportion of melanized fungi.
Key words: bioindication, polymetallic pollution, micromycetes, bacteria, lipid profile of soil, organic carbon, diversity of microorganisms, lignohumate, biochar.
Сведения об авторах
Терехова Вера Александровна, докт. биол. наук, профессор каф. земельных ресурсов и оценки почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: vterekhova@gmail.com. Федосеева Елена Васильевна, канд. биол. наук, ст. преподаватель каф. педиатрии РНИМУ им. Н.И. Пирогова. E-mail: elenfedoseeva@gmail.com. Бельфег Юлия Вениаминовна, студент (магистрант) каф. земельных ресурсов и оценки почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: chugu.yula@yandex.ru. Кирюшина Анастасия Павловна, канд. биол. наук, мл. науч. сотр. лаборатории изучения экологических функций почв ИПЭ РАН им. А.Н. Северцова. E-mail: apkiryushina@gmail.com. Рычагова Анастасия Георгиевна, аспирант каф. земельных ресурсов и оценки почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. E-mail: onaverina5@mail.ru. Верховцева Надежда Владимировна, докт. биол. наук, профессор каф. агрохимии и биохимии растений ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: verh48@list.ru.
