БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.48:930.26
ЧИСЛЕННОСТЬ И СУММАРНАЯ БИОМАССА МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ И СОЛОНЦОВ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ © 2015 г. Н. Н. Каширская, Т. Э. Хомутова, Е. В. Чернышева, М. В. Ельцов,
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 e-mail: Kashirskaya81@rambler.ru Поступила в редакцию 06.06.2013 г.
В каштановых почвах и солонцах сухостепной зоны Нижнего Поволжья методами последовательного фракционирования почвы и прямого счета проведена сравнительная оценка численности и суммарной биомассы микробных сообществ. Численность микробных сообществ, оцененная по средневзвешенным величинам (гор. А1 + В1 + В2) во всех изученных почвах варьировала от 3.8 до 8.0 х 1011 кл./г почвы. Суммарная микробная биомасса в почвах Приволжской возвышенности составляла 0.9—2.4 мг С/г почвы, а в почвах Ергенинской возвышенности была на 20—75% меньше. В почвах Приволжской возвышенности микробные клетки были крупнее, чем в почвах Ергенин-ской возвышенности. Фракционирование почвы перед прямым счетом позволяет наиболее полно оценить численность микробных сообществ.
Ключевые слова: биологическая активность, люминесцентная микроскопия, фракционирование. DOI: 10.7868/S0032180X15010098
В. А. Демкин
ВВЕДЕНИЕ
При сравнительном изучении биологической активности почв сухостепной зоны важной задачей является оценка численности и биомассы микробных сообществ, ответственных за протекающие в почве биологические процессы [7]. Известно, что около 70% численности микробного сообщества почвы находится в покоящемся состоянии [21]. Активные и покоящиеся клетки имеют различную степень адсорбции на почвенных частицах. Кроме того, распределение микробного сообщества в различных локусах почвы неоднородно. Для более точной оценки численности почвенных микроорганизмов Виноград-ским было предложено фракционирование почвы [13]. Так, при разделении торфянистой почвы на две фракции [18] численность бактерий, окрашенных акридином оранжевым, в сумме фракций достигала 14.8 х 1011 кл./г. Паниковым [20] из торфянистой почвы было получено 5 фракций, суммарная численность в которых составила 3.6 х х 1012 кл./г, что на два порядка превысило численность клеток в нефракционированной почве. При этом последняя фракция содержала 95% микробных клеток от суммы всех фракций. В каштановых почвах в сумме четырех почвенных фракций, полученных методом дробного фракционирования почвы [6], численность, оцененная прямым счетом с использованием ЭАРТ, достигала 2.6—3.9 х
х 1011 кл./г [9], что практически не отличалось от численности микробных клеток, учитываемых по сумме микробной фракции и почвенного осадка [10, 14], которая составляла 3.3—4.1 х 1011 кл./г [4, 11]. В тех же образцах после активации Р-индо-лил-3-уксусной кислотой, численность достигала 2 х 1011 КОЕ/г [4]. Эти значения согласуются с полученными ранее данными о численности микроорганизмов, рассчитанной из содержания почвенных фосфолипидов в каштановых почвах и солонцах [15]. При использовании расчетного коэффициента Балквила [16, 17] значения численности живых микробных клеток составляли 0.67—1.21 х 1010 кл./г, а при использовании средней массы выделенных из каштановой почвы клеток, без учета их внешнего органо-минераль-ного слоя [11], эти величины увеличивались на порядок, до 0.75—1.36 х 1011 кл./г. В седиментах численность живых микробных клеток, полученная при пересчете из биомассы, оцененной из содержания почвенных фосфолипидов, составляла 1.7—2.5 х 109 кл./г, превышая численность, оцененную прямым счетом, в 2.7—22 раза [19]. В различных типах почв, не подвергавшихся фракционированию, численность неповрежденных бактериальных клеток без учета грибных спор, оцененная методом прямого счета с использованием акридина оранжевого [2, 3], составляла от 0.5 х 109 кл./г (685 х 1012 кл./м3) в серой лесной
почве до 1.2 х 109 кл./г (1740 х 1012 кл./м3) в черноземе. Численность бактерий, окрашенных L7012 (LIVE/DEAD), варьировала в различных почвах от 12.9 х 109 (горно-луговая суглинистая) до 1.3 х х 109 кл./г (дерново-подзолистая легкосуглинистая) [12]. Таким образом, фракционирование почвы перед прямым счетом позволяет наиболее полно оценивать численность микробных сообществ.
Цель работы — провести сравнительную оценку численности и биомассы микробных сообществ в каштановых почвах и солонцах сухостеп-ной зоны Нижнего Поволжья на основании методов последовательного фракционирования почвы и прямого счета.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Район исследований расположен в ВолгоДонском междуречье в зоне сухих степей, в подзоне каштановых почв (Волгоградская обл.). Климат умеренно континентальный.
Наиболее северное положение занимает объект Саломатино, расположенный в 5 км к северу от с. Саломатино Камышинского р-на (Приволжская возвышенность). Участок находится на вершине плоского водораздела, имеющего слабый уклон к долине р. Иловли (левый приток Дона). До глубины 2 м территория сложена двучленными отложениями. С поверхности 50—60 см залегают покровные лёссовидные опес-чаненные суглинки, которые подстилаются делювиальными ожелезненными оглеенными су-песчано-суглинистыми отложениями с включениями гальки, щебня. Среднегодовая норма атмосферных осадков около 400 мм. Доминируют разнотравно-типчаково-ковыльная (К2) и ко-выльно-типчаковая (Сн) асооциации с проективным покрытием 90 и 50% соответственно. Были изучены каштановая почва (разр. Д-648) и солонец (разр. Д-651), приуроченные к вершине водораздела рек Иловли и Б. Казанки (бассейн Дона).
Объект Качалино также находится в пределах Приволжской возвышенности в 90 км к югу от объекта Саломатино (в 10 км к юго-востоку от ст. Качалино Иловлинского р-на). Исследуемые участки расположены на вершинах водоразделов в бассейне р. Сакарка (левый приток Дона). Почвообразующими породами являются лёссовидные карбонатные засоленные суглинки. Количество осадков в среднем составляет 380 мм/год. Растительный покров представлен полынно-типчаковой ассоциацией с проективным покрытием 50—60%. Были исследованы целинные каштановая почва и солонец, расположенные на северном склоне водораздела (разр. Д-643 и Д-691), и целинная каштановая почва на южном склоне (разр. Д-749).
Объект Аксай расположен в северной части Ергенинской возвышенности в 140 км к югу от объекта Качалино (в 8 км юго-восточнее с. Аксай Октябрьского р-на). Участок находится в су-хостепной зоне на границе с пустынно-степной. Он приурочен к вершине межбалочного водораздела, сложенного лёссовидными засоленными карбонатными суглинками. Среднегодовое количество осадков около 360 мм. Растительный покров представлен полынно-типчаковой (К2) и разнотравно-полынной (Сн) ассоциациями с проективным покрытием 90 и 40% соответственно. Были исследованы каштановые почвы, приуроченные к целинному и залежному участкам (разр. Д-678 и Д-677) и каштановая почва на пашне с посевом суданки (разр. Д-671).
На всех участках грунтовые воды расположены глубже 10 м и не оказывают влияния на современное почвообразование. Некоторые свойства исследованных почв представлены в табл. 1.
Методы исследований. Для анализа использовали почвенные образцы, отобранные репрезентативно по генетическим горизонтам с соблюдением условий стерильности. Метод прямого счета микроорганизмов в нефракциониро-ванной почве включал следующие этапы. Почвенную навеску 1 г размешивали в 10 мл 0.5%-го раствора пирофосфата натрия, обрабатывали ультразвуком импульсами по 30 с с паузой между ними 30 с [22] с помощью ультразвукового генератора УЗ Г 13-0.1/22 при мощности 50 Вт и частоте 22 кГц. Для оценки влияния длительности обработки ультразвуком на получаемые величины численности микробных сообществ образцы почвы обрабатывались двумя, четырьмя и шестью импульсами, время обработки составляло 1, 2 и 3 мин соответственно. Затем почвенную суспензию доводили до оптимального разведения и готовили микропрепараты, распределяя 10 мкл разведенной суспензии на квадрате предметного стекла (сторона 24 мм). Препараты подсушивали, фломбировали, окрашивали ЭАР1 (5 мкг/мл) в течение 15—20 минут и считали микробные клетки под люминесцентным микроскопом "Биомед УХ1" при увеличении 10 х 100.
Метод последовательного фракционирования почвы включал следующие этапы. Почвенную навеску 6 г (масса нативного образца) размешивали в 60 мл 0.5% раствора пирофосфата натрия и обрабатывали ультразвуком двумя импульсами, как описано выше. Почвенную суспензию доводили до 200 мл. Экстракт, содержащий микробные клетки, отделяли от почвенного осадка центрифугированием при 1000 % в течение 30 мин при охлаждении (4°С). К почвенному осадку добавляли 200 мл раствора пирофосфата натрия и повторяли вышеописанные процедуры. Экстракцию проводили троекратно. Из полученных фракций
Таблица 1. Свойства каштановых почв и солонцов Приволжской и Ергенинской возвышенностей
Горизонт, С орг, % рН водной СаСО3, % Содержание фракций, %
глубина, см вытяжки <0.001 мм <0.01 мм
Приволжская возвышенность Объект Саломатино Каштановая почва, разр. Д-648
Ад, 0-11 1.6 6.7 - 8 26
А1, 11-30 0.8 6.5 - 13 28
В1, 30-53 0.6 7.3 - 31 40
В2, 53-65 0.4 8.2 0.9 18 27
Солонец, разр. Д-651
А1, 0-13 0.8 6.7 - 7 28
В1, 13-30 0.9 8.6 2.2 41 56
В2са, 30-45 0.4 9.0 6.4 30 46
Объект Качалино, возле вершины водораздела на северном склоне Каштановая почва, разр. Д-643
А1, 0-16 1.6 7.1 - 26 41
В1, 16-37 1.6 7.6 1.7 30 46
В2са, 37-54 1.2 8.2 9.4 31 49
Солонец, разр. Д-691
А1, 0-14 2.1 7.0 - 15 33
В1, 14-45 0.9 7.6 1.4 30 51
В2са, 45-56 0.7 8.6 7.0 25 49
А1, 0-12 В1, 12-32 В2са, 32-43
А1, 0-18 В1, 18-29 В2са, 29-60
А1, 0-17 В1, 17-32 В2, 32-44
Объект Качалино, возле вершины водораздела на южном склоне Каштановая почва, разр. Д-749
1.3 0.7 0.5
1.1 0.7 0.1
1.0 0.8 0.4
6.7 7.1 8.3
0.5 1.0 6.8
Ергенинская возвышенность Объект Аксай Каштановая почва, целина, разр. Д-678
8.1 9.1 10.0
1.3 4.5 13.8
Каштановая почва, залежь, разр. Д-677
7.7
8.9 8.9
0.6 4.8 10.9
8 21 19
22 30 32
20 35 30
Каштановая почва, пашня, разр. Д-671
22
35
36
39
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.