Регистрация / Вход
Прислать материал

Трансформация микобиоты под влиянием сельскохозяйственного освоения почв в тундровой зоне

Сведения об участнике
ФИО
Хабибуллина Флюза Мубараковна
ФИО (на английском языке)
Khabibullina Fluza Mubarakovna
Название организации
ИПЭЭ РАН им. А.Н. Северцова
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биоиндикация и химический анализ в экологическом мониторинге
Название доклада
Трансформация микобиоты под влиянием сельскохозяйственного освоения почв в тундровой зоне
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Аннотация
Уничтожение целинной тундровой растительности, обработка почвы, посев многолетних трав, влияние антропогенного режима, включающего в себя внесение удобрений и уборку трав, полностью преобразили верхние горизонты тундровой почвы и состав микробиоты, характерной для условий ненарушенной тундры.
Проведенный микробиологический анализ органогенного (продуктивного) слоя почвы показал, что микобиота сеяных лугов воркутинской тундры характеризовалась преобладанием представителей зигомицетов, уменьшением в количественном и видовом отношении пенициллов, появлением нехарактерных для тундры видов родов Aspergillus, Fusarium. Среди доминирующих и частых видов выявлены типичные для тундровых почв Penicillium lanosum, формы, представленные стерильным мицелием, и Fusarium oxysporum.
Ключевые слова
микобиота, тундровые экосистемы, агроценозы, типичные виды
Введение

Результатом процесса сельскохозяйственного освоения земель является замена природных экосистем на культурные моно- или маловидовые, что сопровождается преобразованием почвы. Сельскохозяйственное освоение почвы предусматривает и изменение микробиоты. Для выявления нарушений в сообществах почвенных микроскопических грибов, изменений их видового разнообразия и количественных показателей, соотношения биомассы бактерий, актиномицетов и грибов были проведены исследования микробиоты сеяных лугов тундровой зон.

 

Методы и материалы

Исследуемым воркутинским лугам около 50 лет.  Уничтожение целинной тундровой растительности, обработка почвы, посев многолетних трав мятлика Alopecurus pratensis L. и лисохвоста Poa pratensis L., влияние антропогенного режима, включающего в себя внесение удобрений и уборку трав, полностью преобразили верхние горизонты тундровой почвы и состав микробиоты, характерной для условий ненарушенной тундры. Вместо целинной торфянисто-поверхностно-слабоглеевой суглинистой образовалась тундровая задернованная окультуренная поверхностно-глеевая почва, хотя минеральные горизонты глубже 30 см, характерные для целинной тундровой почвы в профиле почвы луговой экосистемы, остаются морфологически и по свойствам практически без изменений. В дерновом горизонте по сравнению с органогенным горизонтом целинной тундровой почвы появились наиболее благоприятные условия для развития микробной биоты, при этом гумус составлял 32.49 %, а pH характеризуется от слабокислой до нейтральной реакцией. На сеяном лугу в пятом десятилетии существования продолжают доминировать в травостое высеянные злаки. Состав травостоя остается без существенного изменения – около 40 видов высших растений (Панюков, 2005), достаточно высокое видовое разнообразие которых, безусловно, предполагает многообразие микробиоты, в том числе и микромицетов, в данной луговой почве.

 

Полученные результаты

Из почвы сеяного луга было выделено 32 вида микромицетов (из целинной контрольной почвы 27 видов), принадлежащих к 12 родам из отделов Zygomycota, Ascomycota и формального класса Anamorphic fungi. Наибольшее видовое разнообразие обнаружено среди анаморфных грибов (восемь родов) и зигомицетов (два рода).

Из анаморфных грибов наиболее представительным является род Penicillium (пять видов). При довольно большом разнообразии обилие Penicillium однако невелико, большее обилие отмечено для видов рода Trichoderma. Зигомицеты представлены восемью видами из родов Mucor и Mortierella, широко распространенными в почвах целинных и сельскохозяйственного использования в разных географических зонах. Обилие видов родов Mucor и Mortierella существенно выше, чем анаморфных грибов. Таким образом, в целом микобиота сеяного луга 50-летнего возраста характеризуется значительным видовым разнообразием, в которой обильно представлены зигомицеты.

Комплекс типичных видов микромицетов включает в органогенном слое три доминирующих, три частых и восемь-девять редких видов. К доминирующим и частым видам комплекса относятся, с одной стороны, типичные тундровые микромицеты Penicillium lanosum, Мycelia sterilia, а с другой – Fusarium oxysporum, представитель более «южного» распространения в почвах агроценозов (табл.1).

Таблица 1. Структура комплекса типичных видов микромицетов
почвы сеяного луга (49-й год жизни трав) и целинной тундры (по частоте встречаемости)

Доминирующие

Частые

Сеяный луг

Cladosporium herbarum

Geomyces pannorum

Мycelia sterilia (с/о)

Mortierella verticillata

Penicillium lanosum

Мycelia sterilia (т/о)

Fusarium oxysporum

 

Ивняково-ерниковая тундра

Geomyces pannorum

Mortierella alpina

Mycelia sterilia (с/о)

Mortierella isabellina

Cladosporium herbarum

Penicillium camemberti

 

P. kapuscinskii

 

P. simplicissimum

 

P. lanosum

 

Mycelia sterilia (т/о)

Сопоставление видового состава почвенных грибов целинной тундры и сеяных лугов выявило достаточно невысокое сходство по Жаккару: 40 % – для доминирующих, для частых и редких – всего 12.5 % и 22 % соответственно.

По данным прямого счета количество актиномицетов, бактерий, грибов луговой почвы по сравнению с их содержанием в целинной почве было на два-три порядка больше (табл. 2).

Таблица 2.

Биомасса почвенных микроорганизмов природной и луговой экосистем, в мг/г

Глубина

взятия

образца, см

Биомасса, мг/г (%)

Актиномицеты

Бактерии

Грибы

Итого

Мицелий

Споры

Целинная тундровая почва

0-10

0.005-0.01

(1.57-1.6)

0.01-0.076

(3.15-12.6)

0.3-0.5

(83.3-94.6)

0.002-0.006

(0.6-1)

0.317-0.592

(100)

Сеяные луга

0-10

0.63 (5.14)

0.52 (4.21)

9.6 (78.4)

1.5 (12.25)

12.25 (100)

Анализ биомассы мицелия и спор грибов показал, что и в природных, и в луговых тундровых почвах преобладает грибная биомасса. Биомасса спор грибов в целинной почве была незначительной, а в почве сеяного луга эти показатели возросли на два-три порядка, содержание составило более 12 %. Процентное соотношение у бактерий и актиномицетов в общей биомассе микроорганизмов в луговой почве было значительно выше целинных показателей. Общая биомасса микроорганизмов в условиях луговой экосистемы была больше в 20-40 раз. Все это свидетельствует о высокой биологической активности почвы сеяных лугов.

Таким образом, анализ запасов и структуры микробной биомассы, проведенный в природных условиях и агроценозе, выявил микробиологические параметры, позволяющие судить об условиях, складывающихся для микроорганизмов в исследуемых почвах.

Высокие запасы микроорганизмов свидетельствуют о благоприятных условиях в луговой почве, но увеличение доли спор показывает тенденцию начала угнетения грибов в связи с ухудшением агроусловий в данной луговой экосистеме.

Проведенный микробиологический анализ органогенного (продуктивного) слоя почвы показывает, что в составе микобиоты, как и в растительном сообществе, при значительном видовом разнообразии обильны лишь некоторые группы видов, играющих, по-видимому, главную роль в биологических процессах. Поменялись и основные деструкторы органики – в условиях агроценоза основными целлюлозоразрушителями стали виды Chaetomium, тогда как в природной среде активными целлюлозоразрушителями являются актиномицеты и Geomyces pannorum.

 

Таблица 3. Сравнительная характеристика некоторых параметров комплексов микобиоты целинной и освоенной тундры (сеяный луг)

Экосистема

Количество микромице-тов

Сходство видового состава грибов по Жаккару, %

Основные целлюлозолитики

Биомасса м/о,

мг/г в.с.п.

Сеяный луг

32 вида

(12 родов)

Для

доминирующих – 40%

частых -12.5

редких -22%

Виды р.Chaetomium

Грибов -11.1

Бактерий-1.12

Мицелий:споры:бактерии

  (78.4% : 12.3 %: 9.3%)

Целинная тундра

27 видов

 (11 родов)

актиномицеты и Geomyces pannorum

Грибов - 0.5

Бактерий-0.08

Мицелий.:споры:бактерии

    (90%  :  1%   9%)

 

Заключение

Таким образом, под влиянием сельскохозяйственного освоения в тундровых почвах происходят изменения структуры биомассы грибов,  зональных комплексов микромицетов и формирование специфической микобиоты, обладающей измененными свойствами. Микобиота сеяных лугов на Севере характеризуется преобладанием представителей зигомицетов, уменьшением в количественном и видовом отношении пенициллов, появлением нехарактерных для тундры видов родов Aspergillus, Fusarium. Среди доминирующих и частых видов выявлены типичные для тундровых почв Penicillium lanosum, формы, представленные стерильным мицелием, и Fusarium oxysporum.  

Цитируемая литература
1. Александрова А.В. Ключ для определения видов рода Trichoderma / А.В. Александрова, Л.Л. Великанов, И.И. Сидорова // Микология и фитопатология. – 2006. – Т.40. – Вып. 6. – С. 457-468.
2. Благовещенская, Г.Г. Микробные сообщества почв и их функционирование в условиях применения химизации [Текст] / Г.Г. Благовещенская, Т.М. Духанина. – Микробиология. – 2004. - №2. – С. 80-88.
3. Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). [Текст] / Е.Л. Воробейчик, О.Ф. Садыков, М.Г. Фарафонтов. – Екатеринбург: УИФ Наука, 1994. – 280 с.
4. Марфенина, О.Е. Влияние некоторых антропогенных воздействий на разнообразие почвенных микромицетов и биомассу мицелия [Текст] / О.Е. Марфенина // Структура и функции микробных сообществ с различной антропогенной нагрузкой. - Киев: Наук. думка, 1982. – 174 с.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под. ред. Д.Г. Звягинцева. – М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
6. Мирчинк Т. Г. Почвенная микология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 220 с.
7. Милько А. А. Определитель мукоральных грибов. Киев: Наукова думка, 1974. 303 с.
8. Полянская, Л.М. Изменение состава биомассы в почве при окультуривании [Текст] / Л.М. Полянская, С.М. Лукин, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. – 1997. - №2. – С. 206-212.
9. Панюков А.Н. Биологическое разнообразие и продуктивность антропогенных экосистем Крайнего Севера / А.Н. Панюков, Н.С. Котелина, И.Б. Арчегова, Ф.М. Хабибуллина. – Екатеринбург, 2005. – 122 c.
10. Сорокин, Н.Д. Микробиологическая индикация и мониторинг лесных экосистем Сибири [Текст] / Н.Д. Сорокин, С.Ю. Евграфова, Н.В. Пашенкова, И.Д. Гродницкая, Г.Г. Полякова, Е.Н. Афанасова // Сибирский экологический журнал. – 2005. - № 4. – С. 687-692.

11. Хабибуллина, Ф.М. Почвенная микобиота естественных и антропогенно нарушенных экосистем северо-востока европейской части России. [Текст] / автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук / Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. Сыктывкар, 2009. – 30 с.
12. Thorn R.G. Soil fungi / R.G. Thorn / Handbook of Soil Science / Ed. M.E. Summer // CRC Press. – Boca Raton-London-N.-Y., 2000. – P. 22-37.
13. Domsh K.H. Compendium of soil fungi / K.H. Domsh, W. Gams, T.-H. Anderson. – IHW-Verlag Eching, 2007. –672 p
14. Ramirez C. Manual and atlas of the Penicillia. Amsterdam-N.-Y.-Oxford: Elsevier Biomedical Press, 1982. 874 p.
15. Ainsworth and Bisby’s Dictionary of the fungi. 8th ed. / Eds. D. L. Hawksworth et al. CABI Bioscience, 1995. 540 p.
16. Domsh K. H., Gams W., Anderson T.-H. Compendium of soil fungi. IHW-Verlag Eching, 2007. 672 p.
Благодарности
Не заполнено
Название, авторы, резюме (на английском языке)

 Influence of agriculture on transformation of soil micobiota in tundra zone

Khabibullina Fluza Mubarakovna

Upper horizons of tundra soils and undisturbed tundra micobiota composition have been transformed due to virgin tundra vegetation, soil treatment specifics, planting of perennial grasses, influence of anthropogenic regime (incl. fertilizing and harvesting). 

Microbiological analysis of organogenic soil layer showed that the microbiota of seeded meadows in Vorkuta tundra was characterized by the predominance of zygomycetes, a decrease in quantitative and qualitative content of Penicillium, emergence of untypical for tundra soils species of Aspergillus and Fusarium. Among the dominants and frequent species there were identified Penicillium lanosum, sterile mycelium, and Fusarium oxysporum,  typical for tundra soils.