ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 5, с. 629-635
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
УДК 631.46
ВЕРТИКАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ В ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ ПОЙМЫ РЕКИ ЯХРОМЫ
© 2007 г. Т. Г. Добровольская, А. В. Головченко, А. И. Поздняков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения,
119992 Москва, Ленинские горы
E-mail: soilbac@soil.msu.ru Поступила в редакцию 23.05.2006 г.
Определены численность и таксономическая структура бактериальных сообществ ряда почв на разных геоморфологических участках поймы р. Яхромы. Наибольшее количество бактерий обнаружено в торфяной карбонатной почве под лесом в притеррасной части поймы, минимальное - в дерново-аллювиальной почве прирусловой части поймы. Для всех исследованных почв характерно присутствие разных эколого-трофических групп бактерий, представленных разными таксонами, способными осуществлять деструкцию торфа. Выявлено наличие сезонной динамики в структуре бактериальных блоков, а в некоторых типах почв - и вертикальной, обусловленной сменой ботанического состава торфа по профилю. Исследуемые торфяные почвы, благодарю высокому содержанию органического вещества и нейтральной реакции среды, являются благоприятным биотопом для развития в них бактерий сапротрофного блока, что во многом определяет устойчивость агроэ-косистемы в целом.
Пойменные торфяники представляют особый интерес для исследователей, так как позволяют проследить эволюцию торфяников в поймах рек, где торфообразование началось раньше, чем сформировалось русло реки. В результате реки дренируют древнеозерные заторфованные котловины и не разрабатывают своих долин. При блуждании русла реки по обширным заболоченным пространствам образуются торфяные почвы, переслоенные отложениями различного механического состава. Именно таким образом сформировались почвы в пойме Яхромы - современная долина реки вложена в обширную древнюю котловину, оформившуюся еще в доледниковое время. На ход развития торфяных почв оказали большое влияние периоды активной аллювиальной деятельности реки, в результате которой ближайшие к реке участки оказались погребенными под слоем ила, и торфообразование на них прекратилось. История формирования отложений и торфов Яхромской поймы, их освоения и окультуривания подробно изложены Ковалевым с соавт. (1998).
Несмотря на детальное изучение почв в долине Яхромы, имеются лишь единичные исследования, посвященные определению биологической активности почв, о которой судили по эмиссии парниковых газов (Новиков и др., 2004). Было показано, что многолетнее сельскохозяйственное использование торфа приводит к снижению ин-
тенсивности минерализации торфа, что проявляется в уменьшении эмиссии С02, СН4, N26 и N0. Практически отсутствуют микробиологические характеристики этих уникальных почв. В связи с этим целью настоящей работы стало выявление закономерностей в распределении бактерий сапротрофного комплекса по профилю почв в пойме Яхромы и определение эколого-таксономиче-ской структуры этих комплексов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве объектов исследования были выбраны почвы, сформировавшиеся на разных участках поймы Яхромы. Почвы под естественной растительностью изучали в притеррасной котловине долины р. Яхромы под некосимым лугом (торфяно-луговая карбонатная почва на осо-ково-гипновом торфе) и под лесом (торфяная карбонатная почва на осоково-древесном торфе), оставленным в качестве эталонного участка древесной растительности поймы. Для этих почв характерно высокое содержание карбонатов кальция, которые поступали с грунтовыми водами, в результате чего образовались прослойки извести в торфе.
Почвы, находящихся в сельскохозяйственном использовании, были исследованы на дальнем участке притеррасной части поймы (агроторфя-ная почва на осоково-гипновом торфе), в цен-
5.5 6.5 7.5 8.5 9.5
т
Рис. 1. Распределение бактерий по профилю дерново-аллювиальной (1) и торфяно-карбонатной (2) почв. N - численность бактерий, КОЕ/г; по оси ординат интервалом указана глубина отбора образцов (для рис. 1, 2).
тральной части поймы (агроторфяная почва на древесно-разнотравном торфе и агроторфяная почва на разнотравно-древесном торфе), и в прирусловой части поймы (дерново-аллювиальная почва, развитая на суглинках, подстилаемых торфом и ниже песком). Для анализа всех окультуренных вариантов почв отбирали образцы на почвах под посевами овощных культур, а также заросших естественной и сорной растительностью.
Образцы отбирали в июне и сентябре 2005 г. по всему профилю почв (до грунтовых вод).
Для микробиологического анализа навески образцов (1 г) в 3-кратной повторности переносили в колбы со 100 мл стерильной воды. Суспензии обрабатывали на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-1 (22 кГц, 0.44 А, 2 мин). Для учета бактерий использовали глюкозо-пептонно-дрожжевую среду (Лысак и др., 2003). Посев проводили в 5-кратной повторности из экспериментально подбираемых разведений. Чашки инкубировали при комнатной температуре в течение 2 нед. и подсчитывали суммарное число выросших колоний. Общую численность бактерий выражали в колоние-образующих единицах (КОЕ) на 1 г почвы. Проводили дифференцированный учет колоний бактерий разных таксономических групп. Для этого на каждой чашке выделяли макроморфо-логические типы колоний и подсчитывали количество колоний каждого типа. По 3-5 представителей из каждого типа колоний выделяли в чистую культуру. Идентификацию выделенных штаммов до рода проводили на основании морфологических, культуральных и хемотаксономиче-
ских признаков, используя определители (Лысак и др., 2003; Определитель ..., 1997).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Численность бактерий во всех исследованных почвах колебалась от 106 до 108 КОЕ/г. Максимальной величины численность бактерий достигала под лесом в торфяно-карбонатной почве в притеррасной части поймы - более 108 КОЕ/г (рис. 1). При этом наблюдали равномерное распределение бактерий по всему почвенному профилю. Минимальное количество бактерий было обнаружено в дерново-аллювиальной почве, расположенной в прирусловой части поймы. При этом с глубиной происходило постепенное падение численности бактерий от 107 в дерновом горизонте до 106 на глубине 50 см с дальнейшей стабилизацией количества бактерий в нижней части почвенного профиля (100-120 см).
Влияние сезона на численность и вертикальное распределение бактерий было изучено на двух агроторфяных почвах, сформировавшихся на разных по ботаническому составу торфах. Для сравнения была взята также торфяно-луговая карбонатная почва под некосимым лугом. Следует отметить, что для всех трех почв были получены общие закономерности в профильном распределении бактерий: равномерная дисперсия бактерий в почве в начале лета и довольно резкие перепады их численности в осенний сезон (рис. 2). При этом осенью наблюдали вначале падение плотности бактериальных популяций в верхних горизонтах до глубины 50 см (на 1-2 порядка), а затем резкое возрастание численности бактерий
Рис. 2. Сезонная динамика численности бактерий в летний (а) и осенний (б) периоды в агроторфяной почве на осоко-во-гипновом торфе (1), агроторфяной почве на разнотравно-древесном торфе (2) и торфяно-луговой карбонатной почве (3).
в нижней части почвенного профиля. При этом количество бактерий становилось таким же, как и в верхних горизонтах почвы. В оба сезона максимальная численность бактерий была зафиксирована в агроторфяной почве центральной поймы на разнотравно-древесном торфе, где она достигала 108 КОЕ/г (рис. 2).
Изучение состава бактериального комплекса показало, что для торфяно-луговой карбонатной почвы было характерно доминирование бактерий рода Л^^оЬа^ег (в оба сезона) во всем почвенном профиле (рис. 3), летом в качестве второго доминанта выделены бактерии рода Лquaspiril-1ит. Другие бактерии, относящиеся к группе среднего обилия (10-20%), были представлены в разных горизонтах бациллами, цитофагами, стрептомицетами и пигментными актинобакте-риями родов Cellulomonas, Си^оЬа^епит, Rhodo-соссш. В нижнем слое торфяно-луговой карбонатной почвы эти актинобактерии составили более 60% в бактериальном комплексе, что опре-
делялось, вероятно, ботаническим составом торфа на метровой глубине (остатки водных и болотных растений). Летом структура бактериальных сообществ в исследуемой почве под лугом была более выравненной, по сравнению с осенью, и отличалась специфическим составом минорных компонентов. Последние были представлены пигментными факультативно-анаэробными бактериями родов Serratia, Erwinia, Chromobacterium. Чтобы выяснить, не явилось ли их выделение случайным при одноразовом посеве, были проведены дополнительные многоразовые посевы микронавесок этой почвы из верхних горизонтов на разные по составу питательные среды. На всех чашках были зафиксированы представители этих родов, колонии которых легко определяются по специфическим пигментам. Вероятно, жизнедеятельность этих форм бактерий связана с наличием анаэробиозиса под дерниной осок и трав, образующих мощные заросли на этой почве. Представители выше названных родов не были обнаружены ни в одной из других исследованных
9О % 6О ЗО О
9О % 6О ЗО О
9О % 6О ЗО О
9О % 6О ЗО О
О-1Осм
(а)
1О-ЗО см
ЗО-5Осм
5О-1ООсм
О-1Осм
1О-ЗО см
J_I_L
ЗО-5Осм
5О-1ООсм
_1_|_U_L
(б)
i lii—Ii_I
1 2 3 4 5 6 7
12 3
5 6 7
Рис. 3. Taкcoнoмичecкaя CTpyrnypa бaктepиaльныx кoмплeкcoв в тopфянo-лyгoвoй кapбoпaтпoй пoчвe в летпий (a) и oceнний (б) пepиoды: 1 - стириллы, 2 - цитoфaги, 3 - микcoбaктepии, 4 - бaциллы, 5 - cтpeптoмицeты, 6 - apтpo-бaктep, 7 - пигментные кopинeпoдoбныe бaктepии, 8 - пpoтeoбaктepии (cбopпaя гpyппa). Пo oct opдипaт - otooct-тeльпoe oбилиe тaкcoпoв (для pиc. 3-6).
9О %6О ЗО О
9О % 6О ЗО О
9О % 6О ЗО О 9О %6О ЗО О
ЗО-5Осм
I I I I_I .-. I_L
5О-1ООсм
_!_■_!_1 1_L
L.
L
О-1Осм
ЗО-5Осм
5О-1ООсм
J_I___I___L
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7
Рис. 4. Taкcoнoмичecкaя cтpyктypa бaктepиaльныx кoмплeкcoв в тopфяпo-кapбoпaтпoй (a) и дepнoвo-aллюaиaльнoй (б) пoчвax в oceнний пepиoд.
90
%60 30
0 90
%60 30
0 90
%60 30
0 90
%60 30
0 90
%60 30
0
0-10 см
(а)
0
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.