Трансформация структуры микробного сообщества дерново-подзолистой почвы под воздействием дождевых червей Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ТРАНСФОРМАЦИЯ СТРУКТУРЫ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ

ДОЖДЕВЫХ ЧЕРВЕЙ

О.В. Кутовая

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Дождевые черви (Oligohaeta, Lumbricidae) - представители почвенной мезофауны. Они способны воздействовать на почву, меняя ряд ее свойств, связанных с плодородием (Edwards, Lofti; 1977), улучшают структуру почвы (Tisdall, 1978), обогащают ее органическим веществом (Курчева, 1971; Piearce, 1978), создают благоприятные условия для развития почвенных микроорганизмов (Стриганова, 1980; Козловская, 1983; Горбенко и др., 1986). Однако большую часть вегетационного периода черви находятся в диапаузе. Их активность связана с водно-воздушным и тепловым режимами. Влияние дождевых червей на пахотную почву происходит в достаточно короткий весенний или осенний период. В средней полосе это март-апрель (весна) и сентябрь-октябрь (осень), когда t = 12-15 oC, влажность 70-80 % от 1111В. Именно в это время происходят изменения в почве, связанные с ее биологической активностью.

Еще В. Л. Омелянским отмечены особенности микроорганизмов - специфичность и исключительная чувствительность, поэтому они могут служить тонким индикатором почвенных свойств. Чтобы оценить направленность почвенно-биологических процессов, происходящих в почве за счет деятельности дождевых червей, была изучена структура микробного сообщества как почвы, так и копролитов червей, обитающих в ней.

Исследования проводили на агродерново-подзолис-той почве Зеленоградского стационара Почвенного института им. В.В. Докучаева (Московская область). Численность дождевых червей определяли методом ручной разборки (Гиляров, 1975).

Рис. 1. Численность и видовой состав дождевых червей по вариантам опыта:

1. Контроль; 2. Навоз, 120 т/га; 3. М180Р180К210; 4. М180Р180К210 + навоз, 120 т/га; 5. М60Р60К60 + навоз, 60 т/га

Численность и активность различных физиологических групп микроорганизмов определяли с помощью метода посева на твердые питательные среды из водной суспензии при разведении 1:10; методом предельных разведений на жидкие среды; активность азотобактера оценивали по обрастанию комочков почвы на среде Эшби (Теппер, 1987).

Видовой состав дождевых червей определялся следующими видами: Apporectodae caliginosa, A.rosea, Lumbricus rubellus, L.terrestris. Доминирующий вид -A.caliginosa (Рис. 1).

Максимальная (355,9 и 287,3 экз/м2) численность червей зафиксирована при совместном внесении как минеральных, так и органических удобрений (варианты 4 и 5). Однако высокие дозы минеральных удобрений без навоза (вариант 3) крайне негативно отразились на численности дождевых червей. Она составила 97,9 экз/м2, что ниже численности червей в контроле (118,6 экз/м2).

Были проанализированы показатели микробиологической активности почвы и копролитов дождевых червей, собранных с поверхности делянок. Микрофлора почвы и кишечника червей близка по составу. Однако обнаружены специфические свойства, отличающие ценоз кишечника от почвы. Количество микроорганизмов в копроли-тах почти по всем группам было на два порядка выше, чем в почве (рис. 2). Поскольку в кишечнике дождевых червей создаются строго анаэробные условия, там не развиваются микроорганизмы, требовательные к кислороду, например, Azotobacter и аэробные целлюлозолити-ческие микроорганизмы. С другой стороны, очень активно происходит анаэробная азотфиксация, которая более чем в 2 раза превышает процессы денитрификации.

Денитрификация - звено биохимического цикла азота, в котором связанный микроорганизмами азот вновь превращается в атмосферный резерв в виде N2. Денитрификация протекает при разложении органического вещества почвы как нативного, так и экзогенного происхождения в условиях недостатка атмосферного кислорода. В этих условиях многие из микроорганизмов переходят к анаэробному дыханию - окислению органического вещества за счет нитратов, которые при этом восстанавливаются. Таким образом, в копролитах дождевых червей интенсивность процессов накопления азота доминируют над процессами его потери. Почва, прошедшая через кишечник дождевых червей обогащается азотом (Субботина, Дьяконова, Булева, 1997).

В опыте была выделена автохтонная группа (Arthro-bacter, Nocardia, Micromonosporae и др.), т.е. микроорганизмы, способные трансформировать сложные по строению циклические соединения, в том числе гумусовые (Теппер, 1976).

Их количество было также на два порядка выше по сравнению с почвой, как и других микроорганизмов ки-

■ Почва В Копролиты

Рис. 2. Численность микроорганизмов в почве и копролитах (^КОЕ/г) по трофическим группам

Анаэробные азотфиксаторы 1

Микофлор

милолитики 17%

■ Гетеротрофы ШАктиномицеты ШДенитрификаторы ■А2оЬЬасіег

□ Олиготрофы

ИАнаэробные азотфиксаторы ЕМикофлора

Рис. 3. Структура микробного сообщества почвы (в центре) и копролитов (снаружи) по экологотрофическим группам

шечника. Это связано с тем, что нокардии и другие представители автохтонной группы требовательны к источникам азотного питания, а в копролитах происходит аккумуляция как минеральных, так и органических форм азота, что благоприятно влияет на развитие этой группы микроорганизмов. Кроме того, многие представители автохтонной группы микроорганизмов являются микроаэрофилами, т.е. могут развиваться при ограниченном доступе кислорода. Следовательно, деятельность дождевых червей меняет микробиологический статус почвы, активизируя в ней многие процессы. В результате чего почва обогащается элементами питания, доступными для растений.

В опыте была проведена сравнительная характеристика структуры микробных сообществ дерново-подзолистой почвы и копролитов дождевых червей (рис. 3).

Относительные показатели численности амило-литиков - активных иммобилизаторов углерода, и микроскопических грибов, участвующих в процессах разложения органических веществ различной природы как в почве, так и в копролитах практически остались неизменными, несмотря на то, что в абсолютных величинах их активность в копроли-тах была на два порядка выше. Денитрификаторы, наоборот, имея схожие значения активности (КОЕ на 1 г: 6,0 ' 103 в почве; 2,5 ' 103 в копролитах), в структурном отношении в копролитах уменьшились. Азотобактер в копролитах выпал из структуры микробного сообщества, тогда как анаэробные азотфиксаторы заняли главенствующее место (18 %).

Таким образом, деятельность дождевых червей меняет микробиологический статус дерново-подзолистой почвы, активизируя в ней многие процессы. В результате чего почва обогащается элементами питания, доступными для растений. Максимальная биологическая активность зафиксирована весной и осенью, когда температура достигает 12-15 0С, влажность 70-80 % от ППВ. Именно в эти короткие промежутки времени происходят почвеннобиологические процессы, влияющие на плодородие: минерализация органического вещества, биологическая фиксация азота атмосферы с последующим переводом его в минеральные формы, а также закреплением его в виде органических форм в почве. Высокая численность и видовое разнообразие дождевых червей, а также микробиологическая активность почвы и копро-литов свидетельствуют о сбалансированности агроэкосистемы.

8

7

Ш 4

3

0