На правах рукописи

ПАВЛОВА ИРИНА ИВАНОВНА

НАКОПЛЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОБНОЙ

БИОМАССЫ В АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВАХ ДЕЛЬТЫ

Р. СЕЛЕНГИ

03.02.13 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ 2010

Работа выполнена в лаборатории биохимии почв Института общей и экспериментальной биологии СО РАН

Научный руководитель: кандидат биологических наук, доцент Макушкин Эдуард Очирович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Абашеева Надежда Ефимовна кандидат биологических наук, доцент Пьянкова Надежда Анатольевна

Ведущая организация: ФГНУ Институт прикладной экологии Севера (г. Якутск)

Защита состоится «4» июня 2010 г. в «9» час. на заседании диссертационного совета Д. 003.028.01 в Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6; факс (3012) 43-30-34;

e-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского научного центра СО РАН и на сайте http://igaeb.bol.ru

Автореферат разослан «29» апреля 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук М.Г. Меркушева Введение Актуальность. Микробная биомасса представляет собой самостоятельный и незаменимый компонент в почве.

Микроорганизмы являются катализаторами, определяют скорость и направленность многих биологических и биохимических реакций (Аристовская, 1980; Звягинцев, 1987; Бабьева, Зенова, 1989;

Добровольский, 1999; Норовсурэн, 2007; Allen, 1991; Brooks, 2001;

Nobel, 2005), влияющих на продуктивность всей экосистемы.

Cоотношение биомассы бактерий, грибов и актиномицетов в почве характеризует ее особенности и состояние в данный момент времени, а также является индикатором экологического состояния почвенного покрова (Полянская, Звягинцев, 2005).

В Забайкалье изучен микробный комплекс почв автоморфных территорий (Нимаева, 1989, 1992; Звягинцев, 1999). Хотя поймы рек обладают повышенной биогенностью (Никитина, Барыкова, 1982;

Якутин, 1994) и являются ландшафтами высокой плотности жизни (Добровольский, 1968, 1971), микробоценоз аллювиальных почв Байкальского региона исследован недостаточно. Имеющиеся в настоящее время литературные данные (Макушкин и др., 2005, 2007; Сорокин и др., 2006) отражают вопросы оценки преимущественно их потенциальной (рост на питательных средах) микробиологической активности, а работы по профильному распределению микроорганизмов отсутствуют. Актуальность изучения микробного комплекса почвенного покрова дельты р. Селенги обусловлена тем, что последняя представляет собой важный участок территории для экосистем бассейна оз. Байкал, а почвы играют роль фильтров в очистке вод, поступающих в озеро.

Цель работы – определить закономерности профильного распределения и сезонной динамики микробной биомассы в аллювиальных почвах дельты р. Селенги.

Для достижения цели были определены следующие задачи:

1. Изучить почвенно-экологические условия функционирования микроорганизмов.

2. Выявить связь между количественными показателями микробных сообществ и основными физико-химическими свойствами почв.

3. Определить актуальную микробиологическую активность аллювиальных почв дельты.

4. Оценить вклад углерода микробной биомассы в формирование органического вещества в системе «почва-растение».

Научная новизна. Впервые исследован микробный комплекс слоистых и перегнойно-глеевых почв, широко распространенных в дельте р. Селенги. Приведена их микробиологическая характеристика в зависимости от физико-химических свойств и гидротермического режима почв. Установлены закономерности профильного распределения и сезонной динамики численности, структуры микробоценоза, а также вклад углерода микробной биомассы в формирование органического вещества в системе «почва-растение». Проведена оценка запасов элементов (C, N, P, K, S), заключенных в биомассе почвенных микроорганизмов.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Полученные материалы расширят представления о механизмах пространственно-временной организации и функционировании микроорганизмов в аллювиальных почвах дельтовых экосистем.

Показатели микробиологической характеристики почв отражают их отличие по распределению численности, запасам биомассы, биогенных элементов, отношению Смб/Сорг. Кроме того, результаты проведенных исследований, могут служить основой для биомониторинга и экологического состояния почв в дельте р. Селенги.

Защищаемые положения:

1. Почвенный покров дельты р. Селенги представлен преимущественно аллювиальными слоистыми и перегнойноглеевыми типами почв, отличающимися гидротермическими и физико-химическими свойствами, которые определяют условия для функционирования микробоценоза.

2. Микробоценозы аллювиальных почв существенно различаются по численности микроорганизмов и их профильному распределению, накоплению биомассы и долевому участию Смб в формировании запасов органического углерода в почвах, интенсивности биологической активности.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международных:

“Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации” (Ростов-на-Дону, 2006, 2007), “Горные экосистемы и их компоненты” (Нальчик, 2007); Всероссийских: “Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии” (Улан-Удэ, 2006), “Экология в современном мире: взгляд научной молодежи” (Улан-Удэ, 2007); на V съезде Всероссийского общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 в рекомендованных изданиях ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на страницах компьютерного набора и содержит введение, 5 глав, заключение, 14 таблиц, 31 рисунок, приложения. Список использованной литературы включает 177 наименований, из них на иностранном языке.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением материалов, собранных автором в результате полевых, микробиологических и химико-аналитических исследований в 2006-2008 гг в Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю к.б.н., доц. Э.О. Макушкину за консультации и критические замечания при подготовке работы.

Глава 1. Современное состояние изученности микробиологической активности аллювиальных почв дельты В настоящее время численность и биомасса микробных сообществ аллювиальных почв дельты р. Селенги изучена недостаточно (Шахматова, 2004; Макушкин и др., 2005, 2007;

Сорокин и др., 2006). В основном, исследования проведены методом посева на питательные среды и отражают микробиологическую активность верхнего слоя 0-20 см. Данные по полнопрофильному изучению микробоценоза в дельтовых почвах отсутствуют.

Глава 2. Природно-климатические условия и структура Согласно физико-географическому районированию (Атлас …, 2000) район исследований входит в Байкальскую озерную котловину Прибайкальской котловинной провинции БайкалоДжугджурской горно-таежной области. В главе дан литературный обзор по географическому положению, природно-климатическим условиям формирования и структуре почвенного покрова поймы р. Селенги и ее дельты.

Полевые исследования и сборы материалов проводились в летне-осенний (июль-сентябрь) периоды 2006-2008 гг. на четырех участках, расположенных в районе протоки Левобережная, относящейся к дельтовому массиву р. Селенги. Объектами являлись почвы, представленные согласно «Классификации …» (2004) аллювиальными слоистыми (отдел слаборазвитые) и перегнойноглеевыми (отдел аллювиальные) типами. На уровне разновидностей они отличаются по гранулометрическому составу и выделены нами как аллювиальные: слоистые глееватые супесчаная и легкосуглинистая (Сг сп и Сг лс), перегнойно-глеевые тяжело- и среднесуглинистая (ПГ тс и ПГ сс).

Определение биологической продуктивности проводились по методикам Л.Е. Родина и др. (1968), «Полевой геоботаники …»

(1972) и Н.И. Базилевич (1993). Для изучения целлюлозолитической и протеолитической активностей использовали аппликационные методы (Гельцер, 1986). Почвенные образцы отбирались по всем генетическим горизонтам. Физико-химические свойства почв определены общепринятыми методами (Агрофизические …, 1968;

Аринушкина, 1970; Агрохимические …, 1975); углерод микробной биомассы – регидратационным методом по Т.Г. Мирчинк и Н.С. Паникову (Ганжара и др., 2002); содержание N, P, K, S, заключенных в микробоценозе, установлено расчетным путем.

Численность и биомасса микроорганизмов определялась методом люминесцентной микроскопии по Д.Г.Звягинцеву (Методы …, 1991), а их расчеты проведены согласно рекомендациям, предложенным Л.М. Полянской и др. (1995, 2005) и переведены на 1 г абсолютно сухой почвы. Препараты для учета прокариотного комплекса окрашивали акридином оранжевым, а эукариотного – калькофлуором белым. Показатели гумусного состояния почв приведены по градации Д.С. Орлова и др. (2004), обеспеченность подвижными формами фосфора и калия – по В.И. Титовой и др.

(2004), микробиологические характеристики – по Д.Г. Звягинцеву (Методы …, 1991). Статистическая обработка осуществлялась стандартными методами (Доспехов, 1972; Дмитриев, 1995) с помощью пакета программ Microsoft Exсel 2000.

Глава 4. Почвенно-экологические условия функционирования микроорганизмов в аллювиальных почвах почвообразования откладывает отпечаток на морфологию и проявляется в почвах в слоистости и оглеении. Слоистость выражена чередованием погребенных горизонтов и песчаных прослоев, что связано с активными пойменными (паводковыми) и аллювиальными (отложение аллювия) процессами р. Селенги.

Оглеение неравномерно распределено по профилю.

Наиболее оптимальными соотношениями плотности и пористости для жизнедеятельности микрофлоры (0,6-0,9 г/см3 и 60обладают верхние и погребенные слои. В песчаных прослоях С~~ наблюдается увеличение плотности до 1,5 г/см3 и снижение порового пространства до 40-45 %.

Основные физико-химические свойства почв дельты р. Селенги представлены в таблице 1. Слоистые глееватые почвы по гранулометрическому составу супесчаные или легкосуглинистые и облегчаются по профилю до рыхлого песка, а перегнойно-глеевые – средне- и тяжелосуглинистые – до супеси или песка. В почвах отмечено значительное содержание фракций тонкого песка (до 95% – в слоистых) и крупной пыли (до 35% – в перегнойноглеевых). В погребенных гумусово-слаборазвитых [W] и перегнойных [H] горизонтах возрастает количество илистой фракции. рН слаборазвитых почв изменяется от слабощелочных (при наличии CaCO3) до слабокислых значений. Верхняя часть перегнойно-глеевых имеет почти нейтральную или слабощелочную реакцию, а нижняя – слабокислую, что характерно для почв, развивающихся по болотному типу. Содержание гумуса в гумусовослаборазвитых и погребенных горизонтах низкое, а в песчаных прослоях – очень малое. Среднее значение гумуса отмечено в ПГ тс (6,2%), а высокое – в Сг сп (8,6%). Повышенные показатели подвижного Fe2O3 приурочены к слоям с высоким содержанием илистой фракции. Среди обменных катионов преобладает Ca2+.

Обеспеченность почв подвижными формами Р и К низкая.

Таблица 1. Основные физико-химические свойства почв дельты р. Селенги