Микробиологические исследования дерново-подзолистых почв черневой тайги Салаирского кряжа | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/40

Микробиологические исследования дерново-подзолистых почв черневой тайги Салаирского кряжа

Из дерново-подзолистых сверхглубокоосветленных почв черневой тайги Салаирского кряжа, сформированных под разными типами растительности, выделены аммонификаторы, утилизаторы безазотистых органических соединений, олиго-нитрофилы и аэробные фиксаторы азота. В почвах осиново-пихтового леса выявлена более высокая численность микроорганизмов, среди которых многочисленны разрушители безазотистых органических веществ и более интенсивно протекают процессы минерализации. Микроорганизмы, разрушающие безазотистые органические вещества, представлены актино-мицетами и микроскопическими грибами Penicillium, Mucor и др. В почве осиново-пихтового леса обнаружены также грибы родов Trichoderma, Alternaria. Аммонификаторы представлены микроорганизмами, относящимися к родам Bacillus, Sarcina, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Achromobacter.

Microbiological research of the soddy-podzolic soils located in black taiga of the Salair Ridge.pdf Почва представляет собой исключительную ценность как для человека, так и для всех живущих на Земле организмов. Ценность почвы определяется не только ее значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства, она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента биосферы. В настоящее время в связи с колоссальным антропогенным воздействием становятся все более актуальными сохранение, восстановление и изучение природных экосистем. Микроорганизмы почвы являются очень значимой и наиболее реактивной частью биогеоценозов, им принадлежит ведущая роль в процессах трансформации веществ и энергии [1, 2]. Внимание многих исследователей в течение длительного времени привлекает изучение природных особенностей Салаира. С одной стороны, здесь находится много полезных ископаемых, интенсивная разработка которых влечет за собой нарушение структуры и функционирования природных экосистем. Са-лаирский кряж сложен кристаллическими известняками, песчаниками, туфами, гранитами, отличается богатыми месторождениями каменного угля, полиметаллических руд, золота, серебра, ртути. С другой стороны, он является уникальной природной экологической системой [3, 4]. Зона черневой тайги Салаирского кряжа является уникальной и по своему строению, и по произрастающей на ней растительности. Из редких сообществ здесь находятся реликты широколиственных лесов третичного периода кайнозойской эры: экосистемы реликтовых рощ из липы сибирской и участков с сообществами зеленокорой осины. Черневая тайга Са-лаирского кряжа представляет собой особую ценность [5]. В настоящее время дерново-подзолистые почвы черневой тайги Салаирского кряжа и их микробиологический состав изучены недостаточно. Материалы и методики исследования. Объектами нашего исследования являлись дерново-подзолистые сверхглубокоосветленные почвы, сформированные на Салаирском кряже под пологом чер-невой тайги. Салаирский кряж занимает северозападную окраину Алтайско-Саянской горной страны. В административном плане западная часть его относится к Новосибирской, а восточная - к Кемеровской областям. На юге по широкой тектонической долине р. Кондомы Салаир граничит с Горной Шорией, к северо-западу и примерно на широте 55° входит в состав Салаиро-Кузнецкой горной области. Салаирский кряж пролегает почти 300-километровой широкой, выпуклой к северо-востоку дугой от Алтая до нижнего течения р. Ини. Площадь, занимаемая им, составляет 22,5 тыс. км2 [6]. Почвы Салаирского кряжа формируются в условиях резко континентального климата, характерными особенностями которого является среднегодовое количество осадков, равное 400-600 мм, продолжительность безморозного периода 110-115 дней и незначительное или отсутствующее промерзание почвы. Дерново-подзолистые почвы черневой тайги Салаирского кряжа привлекают внимание исследователей особенностями морфологических и аналитических свойств. С одной стороны, они четко дифференцированы на элювиальную и иллювиальную части профиля, имеют мощную (более 50 см) осветленную элювиальную часть и соответствуют подзолистым почвам. С другой стороны, в них высокое содержание гумуса в гумусо-во-аккумулятивном горизонте и малое содержание обменного водорода, что противоречит природе подзолистых почв [7]. Авторами данной работы проведены исследования качественного и количественного состава микроорганизмов двух почвенных разрезов, заложенных под разными типами растительности: в осиново-пихтовом лесу (разрез Р1-С10) и на безлесном участке под высо-котравьем (разрез Р2-Сю). Местоположение разрезов - бассейн р. Мунгай (Кемеровская область, Промышленный район). В целом почвы характеризуются типичными для данного типа почв физико-химическими свойствами. Они относятся к среднесуглинистой разновидности и характеризуются заметным утяжелением гранулометрического состава в иллювиальных горизонтах до средне- и тяжелосуглинистого, что обусловлено процессами оподзоливания и лессиважа. Преобладающими фракциями является, как правило, мелкая и крупная пыль, что подтверждает облессованность почво-образующих пород. Наибольшие количества поглощенных оснований обнаруживаются в гумусово-аккумулятивном (AY) и текстурном (BT) горизонтах, обогащенных соответственно гумусом и илом. В составе обменных оснований преобладает кальций (11-23 мг-экв./100 г почвы) на фоне относительно высокого содержания магния в горизонте ВТ. Последнее, согласно В.М. Корсунову [3], объясняется присутствием в породе глинных минералов. В соответствии с распределением по профилю обменных катионов степень насыщенности основаниями минимальна в элювиальной части профиля (горизонты AEL, EL и BEL), где составляет 65-74%, тогда как в горизонтах AY и ВТ увеличивается до 8082%. Особенностью почв является высокая гумусиро-ванность (в среднем 8-10%) верхнего горизонта AY. Вниз по профилю содержание гумуса резко падает и в горизонте EL не превышает 2%, в нижней части профиля на фоне дальнейшего снижения отмечаются незначительные флуктуации в сторону увеличения [8]. Указанные характеристики дерново-подзолистых сверхглубокоосветленных почв, сформированных на Салаирском кряже под пологом черневой тайги, с одной стороны, определяют их своеобразие как среды обитания для микроорганизмов. С другой стороны, их состав и свойства во многом зависят от микроорганизмов. В частности, процесс гумусообразования связан с ферментативной деятельностью микрофлоры, в различных фракциях гумуса присутствуют компоненты микробных клеток, что подтверждено результатами многочисленных исследований [2]. Отбор проб для микробиологического анализа проводили из каждого генетического горизонта почвы с соблюдением условий стерильности. Определение численности и состава микроорганизмов осуществляли с помощью метода посева на твердые питательные среды для выделения следующих физиологических групп: аммонификаторов (на мясопептонном агаре), актиномицетов и разрушителей безазотистых органических соединений (на крахмало-аммиачном агаре), олигонитрофилов и аэробных азотфиксаторов (на среде Эшби). Влажность почвы определяли воздушно-весовым методом [9]. Статистическая обработка данных проведена с использованием программ MS Excel 2010 и Statistica 6.0. Рассчитаны следующие статистические показатели: средняя, ошибка средней и нелинейный коэффициент корреляции, статистическую значимость которого оценивали с помощью критерия Спирмена. Для определения выделенных микроорганизмов до рода высевали чистые культуры (по методу Коха). Их чистоту проверяли визуально, микроскопическим и бактериологическим методами. Выделенные штаммы на основании исследования морфологии колоний и клеток (в фиксированных и окрашенных по Граму препаратах) идентифицировали до рода [10-14]. Результаты исследования и обсуждение. С помощью микробиологического анализа из исследуемых почв были выделены аммонификаторы, утилизаторы безазотистых органических соединений, олигонитро-филы и аэробные фиксаторы азота. Численность различных физиологических групп микроорганизмов представлена на рис. 1 и 2. Рис. 1. Распределение численности микроорганизмов исследованных физиологических групп и значения коэффициента минерализации в профиле дерново-подзолистой почвы осиново-пихтового леса: Н - аммонификаторы; ■ - утилизаторы безазотистой органики; I - олигонитрофилы и аэробные фиксаторы азота; _- коэффициент минерализации ы О И н £ н CJ О Я S о 4 CJ 5 Рис. 2. Распределение численности микроорганизмов исследованных физиологических групп и значения коэффициента минерализации в профиле почвы безлесного участка: Н - аммонификаторы; I - утилизаторы безазотистой органики; I - олигонитрофилы и аэробные фиксаторы азота,_- коэффициент минерализации В дерново-подзолистой почве осиново-пихтового леса высока численность микроорганизмов, разрушающих безазотистые органические вещества, несколько ниже численность аммонификаторов и еще ниже - аэробных фиксаторов азота. Больше всего микроорганизмов в лесной подстилке и гумусово-аккумулятивном горизонте, обогащенных органическими остатками, с глубиной численность микроорганизмов уменьшается. В почве разреза Р2-Сю, заложенного на безлесном участке под высокотравьем, численность исследуемых физиологических групп микроорганизмов практически в 10 раз ниже, наиболее богат ими также верхний почвенный горизонт, с глубиной их количество уменьшается и далее сохраняется примерно на одном уровне. В целом это согласуется с результатами исследований дерново-подзолистых почв Западной Сибири И.Л. Клевенской, Н.Н. Наплековой и Н.И. Галтимуровой [15]. Численность аммонификато-ров и утилизаторов безазотистых органических веществ в почве осиново-пихтового леса намного выше, чем на безлесном участке. Численность олигонитро-филов и аэробных азотфиксаторов в почвах двух участков существенно не различается. Очень неоднородные экологические условия отдельных генетических горизонтов подзолистых почв, обусловленные резкой трехчленной дифференциацией почвенного профиля, приводят к своеобразному расселению микроорганизмов в почвенной толще. Это своеобразие заключается, прежде всего, в том, что наибольшее число микроорганизмов содержится в подстилке и верхнем горизонте почвы [2]. Вслед за неравномерным уменьшением органического вещества и изменением химизма отдельных генетических горизонтов дерново-подзолистых почв число микроорганизмов падает с глубиной не постепенно, а скачкообразно. Первый скачок приурочен к границе между дерновым (аккумулятивным) и подзолистым (элювиальным) горизонтами, а второй - к границе между подзолистым и иллювиальным горизонтами [16]. Микробиологическим процессам в дерново-подзолистых почвах свойственна чрезвычайная динамичность, обусловленная резкими колебаниями температуры, запасов органического вещества в почве, степенью ее кислотности и другими факторами [2]. Коэффициенты минерализации органических веществ в исследованных почвах, отражающие интенсивность протекания процессов трансформации органических веществ растительного и животного происхождения, показали, что в почве осиново-пихтового леса (разрез Р1-С10) преобладают процессы разложения азотнесодержащих органических веществ (сахаров, клетчатки и т.д.). Это связано с высокой численностью утилизаторов безазотистой органики и их преобладанием над численностью аммо-нификаторов (коэффициенты минерализации в основном выше 1). Здесь процессы минерализации идут интенсивнее. В почве безлесного участка (разрез Р2-С10), напротив, коэффициенты минерализации в основном меньше 1, более высока численность ам-монификаторов и, следовательно, преобладают процессы разложения азотсодержащих органических веществ (см. рис. 1, 2). Корреляционный анализ, проведенный для выявления зависимости численности различных физиологических групп микроорганизмов от содержания гумуса, нитратного азота и легкоподвижного фосфора, позволил обнаружить достоверные положительные коррелятивные взаимосвязи между численностью утилизаторов безазотистых органических веществ и содержанием гумуса, нитратного азота и Р2О5 в почве под высокотравьем (таблица). В почве осиново-пихтового леса показана достоверная зависимость численности микроорганизмов этой физиологической группы от содержания легкоподвижного фосфора. Коэффициенты корреляции между некоторыми химическими показателями почвы и численностью физиологических групп микроорганизмов Физиологические группы микроорганизмов Коэффициент корреляции Гумус, % Нитратный азот, мг/кг Легкоподвижный фосфор, мг/кг Разрез Р1 - С10 Аммонификаторы 0,500 -0,100 0,700 Утилизаторы безазотистой органики 0,700 0,300 0,900* Аэробные фиксаторы азота -0,100 0,100 -0,300 Разрез Р2 - С10 Аммонификаторы 0,535 0,535 0,642 Утилизаторы безазотистой органики 0,785* 0,785* 0,750 Аэробные фиксаторы азота 0,810* 0,810* 0,738 * Значимые по критерию Спирмена величины коэффициента корреляции, р < 0,05. В составе микроорганизмов, разрушающих безазотистые органические вещества, были выделены актиномицеты. Это наиболее многочисленная группа, особенно в почве осиново-пихтового леса. Увеличение численности актиномицетов свидетельствует о глубоких и интенсивных процессах минерализации органических веществ, что отличает дерново-подзолистые почвы от подзолов по размаху биологического круговорота [15, 16]. Чаще всего встречались актиномицеты, образующие белые, серые и голубовато-серые колонии. Среди микроскопических грибов наиболее часто встречались представители родов Penicillium, Mu-cor. Также в дерново-подзолистой почве осиново-пихтового леса были обнаружены грибы родов Trichoderma, Alternaria. Это согласуется с литературными данными о широком распространении в подзолистых почвах Penicillium, Mucor [17], Tricho-derma [18]. В составе аммонификаторов были обнаружены микроорганизмы, относящиеся к родам Bacillus, Sarcina, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Achromobacter. Наиболее многочисленны среди них бациллы. Встречались различные виды данного рода, в том числе из почв обоих участков были выделены колонии Bacillus mycoides, образующие на мясопеп-тонном агаре характерные колонии, напоминающие снежинку [11]. Состав аммонификаторов в почвах двух исследованных разрезов существенно различается по численности и распределению в профиле желтопигментных бактерий. На основании данных о морфологии колоний и клеток, типа скоплений, образуемого клетками, и их тинкториальных свойств среди желтопигмент-ных бактерий были выделены представители рода Sarcina. Численность сарцин выше в почве безлесного участка, а распределение их в профиле относительно равномерное. Учитывая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы. 1. В дерново-подзолистой почве осиново-пихто-вого леса высока численность микроорганизмов, разрушающих безазотистые органические вещества, несколько ниже численность аммонификаторов и еще ниже - олигонитрофилов и аэробных фиксаторов азота. Максимальное количество микроорганизмов отмечается в лесной подстилке и гумусово-аккумуля-тивном горизонте, обогащенных органическими веществами и растительными остатками, с глубиной численность микроорганизмов уменьшается. 2. Численность микроорганизмов в образцах почвы из осиново-пихтового леса намного выше, чем на безлесном участке. Здесь наиболее многочисленны разрушители безазотистых органических веществ и более интенсивно протекают процессы минерализации, о чем свидетельствуют коэффициенты минерализации. Численность олигонитрофилов и аэробных азотфиксаторов в почвах двух участков существенно не различается. 3. В почве разреза Р2-С10, заложенного под высокотравной растительностью, численность всех исследуемых физиологических групп микроорганизмов практически в 10 раз ниже, чем в почве осиново-пихтового леса. Характер распределения в почвенном профиле аналогичен, наиболее богат ими также верхний почвенный горизонт, с глубиной численность уменьшается и далее сохраняется примерно на одном уровне. В почве безлесного участка наиболее многочисленны аммонификаторы. 4. В составе микроорганизмов, разрушающих безазотистые органические вещества, выделены актино-мицеты, среди микроскопических грибов наиболее часто встречались представители родов Penicillium, Mucor. В почве осиново-пихтового леса были обнаружены также грибы родов Trichoderma, Alternaria. Ам-монификаторы представлены микроорганизмами, относящимися к родам Bacillus, Sarcina, Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Achromobacter.

Ключевые слова

аммонификаторы, разрушители безазотистых органических веществ, олигонитрофилы, аэробные азот-фиксаторы, численность микроорганизмов, состав микрофлоры, ammonifiers, destructors of nitrogen-free organic compounds, nitrogen fixers, population of microorganisms, quality content of micro-flora

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Лаврентьева Лариса ВикторовнаТомский государственный университетканд. биол. наук, доцент кафедры цитологии и генетикиlavr61@mail.ru
Никитич Полина АлександровнаТомский государственный университетмагистрант кафедры почвоведения и экологии почвpolinkanick@mail.ru
Карлюкова Мария АлександровнаТомский государственный университетстудентка Биологического институтаrazinama@mail.ru
Всего: 3

Ссылки

Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1987. 256 с.
Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л. : Наука, 1980. 188 с.
Корсунов В.М. Генетические особенности глубокооподзоленных почв черневой тайги Салаира и некоторые элементы современного поч вообразования в них // Лесные почвы горного окаймления юго-востока Западной Сибири (Восточный Алтай, Горная Шория, Салаир). Новосибирск, 1974. С. 133-197.
УсовМ.А. Геология рудных месторождений Западно-Сибирского края. Томск : Зап.-Сиб. ГГГТ, 1935. 86 с.
Лащинский Н.Н. Растительность Салаирского кряжа. Новосибирск : Гео, 2009. 263 с.
Винокуров Ю.И., Платонова С.Г., Скрипко В.В. Природно-ресурсный потенциал Алтайского региона // Природно-ресурсный потенциал Уральского и Западно-Сибирского приграничья. Новосибирск : Сиб. науч. изд-во, 2010. С. 85-106.
Природные условия и естественные ресурсы СССР. Западная Сибирь. М. : Изд-во АН СССР, 1963. 487 с.
Лаврентьева Л.В., Никитич П.А., Разина М.А. Дерново-подзолистые почвы Салаирского кряжа: состав, свойства и микробиологическая характеристика // Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв. Томск : Изд-во ООО Копи-М, 2011. С. 85-87.
Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М. : Изд-во МГУ, 1980. 223 с.
Руководство к практическим занятиям по микробиологии / под ред. Н.С. Егорова. М. : Изд-во МГУ, 1995. 222 с.
Практикум по микробиологии / под ред. Н.С. Егорова. М. : Изд-во МГУ, 1976. 308 с.
Определитель бактерий Берджи / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига и др. М. : Мир, 1997. Т. 1-2. 800 с.
Пименова М.Н., Гречушкина Н.Н., Азова Л.Г. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М. : Изд-во МГУ, 1971. 216 с.
Бранцевич Л.Г., Лысенко Л.Н., Овод В.В. и др. Микробиология. Киев : Изд-во Вища школа, 1987. 200 с.
Клевенская И.Л., НаплековаН.Н., ГалтимуроваН.И. Микрофлора почв Западной Сибири. Новосибирск : Наука, 1970. 222 с.
Головченко А.В., Полянская Л.М. Сезонная динамика численности и биомассы микроорганизмов по профилю почвы // Почвоведение. 1996. № 10. С. 1227-1233.
Мишустин Е.Н. Географический фактор, почвенные типы и их микробное население // Микрофлора почв северной и средней части СССР. М. : Наука, 1966. С. 3-23.
Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. М. ; Л. : Наука, 1965. 186 с.
 Микробиологические исследования дерново-подзолистых почв черневой тайги Салаирского кряжа | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/40

Микробиологические исследования дерново-подзолистых почв черневой тайги Салаирского кряжа | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 387. DOI: 10.17223/15617793/387/40