ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА СОСТОЯНИЯ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ПОГРЕБЕННЫХ И СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ СТЕПЕЙ ВОЛГО-ДОНСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ 

SPATIAL-TEMPORAL DYNAMICS OF THE STATE OF MICROBIAL COMMUNITIES IN BURIED AND EXPOSED SURFACE STEPPE SOILS OF THE VOLGA-DON INTERFLUVE 

Т.С. Дёмкина, Т.Э. Хомутова

T.S. Demkina, T.E. Khomutova 

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Россия, 142290, Московская обл., г. Пущино, ул. Институтская, 2) 

Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science, Russian Academy of Sciences (Russia, 142290, Moscow Region, Pushchino, Institutskaya Str., 2)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Проведен сравнительный анализ состояния микробных сообществ разновозрастных почв Волго-Донского междуречья с целью выяснения закономерностей их пространственного изменения в связи с имеющимися условиями почвообразования. Установлено, что состояние микробных сообществ в тот или иной исторический период в значительной мере определяется закономерностями эволюции конкретного почвенного ареала (ландшафта) и вековой изменчивостью биоклиматических условий.

Comparative analysis of the state of microbial communities of soils of different age of the Volga-Don interfluve is carried out with the purpose of clarification of regularities of their spatial change in connection with conditions of soil formation. It is established that the state of microbial communities within a certain historical period is largely determined by the regularities of evolution of a particular soil area (landscape) and centennial variability of bioclimatic conditions. 

Проведенные микробиологические исследования подкурганных палеопочв сухих и пустынных степей Нижнего Поволжья показали [1], что в них до настоящего времени сохраняются микробные сообщества, существовавшие во время сооружения археологических памятников. Это подтверждено выявленными закономерностями распределения численности микроорганизмов различных трофических групп в курганных насыпях, погребенных и современных почвах [2], данными определения возраста микробной фракции с использованием метода 14Сатомной масс-спектрометрии [5]. С применением электронной микроскопии установлено, что в гор. А1 подкурганных каштановых палеопочвах 80% клеток относятся к наноформам, а в современном аналоге – 60% [4]. Цитологические исследования искусственно образованных наноклеток показали, что их формирование представляет универсальную ответную реакцию организма на неблагоприятные условия и стресс-факторы [3]. Изложенные доказательства консервации в подкурганных палеопочвах микробных сообществ прошлых исторических эпох дают основания использовать различные микробиологические параметры в качестве индикаторов динамики климата, в частности, степени его увлажненности. Остается открытым вопрос о влиянии на них региональных и местных условий почвообразования.

Сравнительный анализ состояния микробных сообществ современных каштановых и светло-каштановых почв различных природных районов Волго-Донского междуречья впервые позволил выяснить пространственные закономерности изменчивости микробиологических параметров в связи с существующими региональными и местными условиями почвообразования.

В пределах сухостепной зоны на территории Приволжской возвышенности исследованы две почвы: каштановая слабосолонцеватая глубокосолончаковатая на целинном участке, используемом под пастбище, с проективным покрытием (ПП) 40% и каштановая остаточно-солонцеватая незасоленная на залежном участке (около 40 лет) с ПП 60%.  Хотя объекты и расположены на расстоянии 40 км друг от друга, они находятся в однотипных литолого-геоморфологических условиях: высокие первые надпойменные террасы рр. Иловля и Бердия соответственно, сложенные аллювиальными суглинками; грунтовые воды залегают глубже 7 м. Вероятно, именно поэтому состояние микробных сообществ этих почв оказалось практически одинаково. Активная микробная биомасса (МБ) составила 219-220 мкгС/г почвы, суммарная численность микроорганизмов различных трофических групп (СЧ) 17-27 млн КОЕ/г почвы. Эколого-трофическая структура микробного сообщества, представленная соотношением численности микроорганизмов (% от СЧ), использующих элементы питания из рассеянного состояния (ПА), минерализующих труднодоступные органические вещества – гумус (НА), питающихся легкодоступным органическим веществом - растительными остатками (БС), составила 54-59 : 5-3 : 41-38. Коэффициент олиготрофности (Ко=ПА:БСх100), характеризующий способность микробного сообщества обитать в условиях с низкими концентрациями питательных веществ и использовать их из рассеянного состояния, сравнительно низкий и составляет 130 и 157 (здесь и далее приведены средневзвешенные величины для профиля А1+В1+В2).

На Ергенинской возвышенности в пределах сухо- и пустынно-степной зон изучены:

- каштановая солонцеватая глубокосолончаковатая почва на целинном участке (пастбище) с ПП 40-50%. Она приурочена к межбалочному водоразделу, сложенному с поверхности лессовидными суглинками. Грунтовые воды залегают глубже 15 м. Микробное сообщество характеризовалось следующими параметрами: МБ=195 мкгС/г почвы, СЧ=23 млн КОЕ/г почвы, соотношение ПА:НА:БС=57:3:40, Ко=145;

- каштановая остаточно-луговатая солонцеватая глубокосолончаковатая почва на залежи (15 лет) с ПП 50-60%. Участок приурочен к низкой первой надпойменной террасе р. Есауловский Аксай с аллювиальными суглинисто-песчаными отложениями и близким уровнем залегания грунтовых вод (5-7 м). Для микробоценоза характерны высокие значения МБ (546 мкгС/г почвы), СЧ (66 млн КОЕ/г почвы) и Ко (412), своеобразная эколого-трофическая структура ПА:НА:БС=74:8:18;

- светло-каштановая среднесолонцеватая глубокосолончаковатая почва на целинном участке с ПП 30-40% (пустынно-степная зона). Участок приурочен к межбалочному водоразделу. Почвообразующие породы – лессовидные суглинки. Грунтовые воды находятся на глубине свыше 15 м. Микробное сообщество характеризовалось МБ=406 мкгС/г почвы, СЧ=57 млн КОЕ/г почвы, соотношением ПА:НА:БС=50:15:35 и невысоким значением Ко=145.

Таким образом, местные современные условия почвообразования на различных участках Ергенинской возвышенности, к которым приурочены исследованные объекты, заметно отличаются (водоразделы и речные террасы, аллювиальные и лессовидные отложения, различные уровни грунтовых вод, целина и залежь). Это нашло отражение и в характеристике микробных сообществ изученных почв. Активная микробная биомасса изменялась от 195 до 546 мкгС/г почвы, СЧ – от 23 до 66 млн КОЕ/г почвы, соотношение ПА:НА:БС=50-74:3-15:18-40, коэффициент олиготрофности – от 145 до 412.

В пустынно-степной зоне Прикаспийской низменности изучено два объекта:

- светло-каштановая среднесолонцеватая глубокосолончаковатая почва на целинном участке с большим количеством ветоши (пастбище). ПП равно 50%. Участок расположен на раннехвалынской равнине, сложенной древнеморскими суглинками. Уровень грунтовых вод 10-15 м. Микробное сообщество характеризовалось следующими величинами: МБ=107 мкгС/г почвы, СЧ=17 млн КОЕ/г почвы, соотношение ПА:НА:БС=66:4:30, Ко=216;

- светло-каштановая солонцеватая глубокосолончаковатая почва на залежном участке (около 20 лет), используемом под пастбище (сбитый выгон). ПП не превышает 30%. Участок приурочен ко второй надпойменной террасе Волго-Ахтубы. Поверхностные отложения – аллювиальные суглинки, подстилаемые песками. Уровень грунтовых вод свыше 10 м. Микробный комплекс исследованной почвы характеризовался низкой МБ=35 мкгС/г почвы, СЧ=44 млн КОЕ/г почвы, эколого-трофическая структура ПА:НА:БС=70:6:24, Ко=294.

Современные условия почвообразования исследованных участков Прикаспийской низменности в целом близки, но имеют и ряд различий, в частности, по геоморфологическому положению, генезису почвообразующих пород. Вероятно, именно поэтому микробные сообщества изученных почв различались по содержанию активной МБ и в некоторых случаях – по СЧ, но имели близкую эколого-трофическую структуру и величину Ко.

Проведенные исследования показали, что характеристика микробных сообществ современных почв сухо- и пустынно-степной зон юго-востока Русской равнины в большей мере отражает специфику местных условий почвообразования. Так, при одной подтиповой принадлежности почвы, находящиеся в различных литолого-геоморфологических и ландшафтных условиях весьма заметно могут отличаться по микробиологическим параметрам. И наоборот, характеристики микробных сообществ различных почвенных типов (подтипов) могут быть достаточно близки, если последние приурочены к сходным элементам рельефа, почвообразующим породам, уровням залегания грунтовых вод.

Сравнительный анализ состояния микробных сообществ в исследованных разновозрастных палеопочвах различных природных районов каштановой зоны дает возможность выявить определенные географические закономерности. На территории северных Ергеней выявленные каштановые и светло-каштановые почвы («Аксай», «Абганерово») характеризуются как в настоящее время, так и в эпоху бронзы (табл. 1) высокой активной биомассой (406-546 и 21-141 мкгС/г почвы соответственно) и значительной суммарной численностью микроорганизмов (57-66 и 21-44 млн КОЕ/г почвы соответственно).

Таблица 1 Закономерности пространственно-временной изменчивости эколого-трофической структуры микробных сообществ разновозрастных подкурганных и современных почв степей Волго-Донского междуречья

*- выросших на почвенном агаре (ПА) и использующих элементы питания из рассеянного состояния; 

** - выросших на нитритном агаре (НА) и использующих гумус;

*** - выросших на богатой органической среде (БС) и использующих растительные остатки.

При этом эколого-трофическая структура микробных сообществ этих почв значительно различается. Так, в сильно засоленных каштановых почвах низкой надпойменной террасы р. Есауловский Аксай (приток Дона) на протяжении всего исследованного хроноинтервала абсолютно доминировали (74-93%) микроорганизмы, потребляющие элементы питания из рассеянного состояния. Они же были, как правило, преобладающими (64-70%) и в светло-каштановых почвах Заволжской провинции («Колобовка»), развитых на древнеморских засоленных суглинках в условиях более засушливого климата (количество атмосферных осадков около 250 мм/год). На водораздельных пространствах Ергеней, сложенных сравнительно менее засоленными лессовидными породами и со среднегодовой нормой осадков более 300 мм, значительное место в составе микробного сообщества разновозрастных светло-каштановых почв занимали микроорганизмы, растущие на богатой органической среде (35-51%) (табл. 1).

Следовательно, состояние микробных сообществ в тот или иной исторический период в значительной мере определяется закономерностями эволюции конкретного почвенного ареала (ландшафта) и вековой изменчивостью биоклиматических условий. В связи с этим возникает местная специфика в динамике состояния микробных сообществ, их структурно-функциональной организации и устойчивости. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Дёмкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробиологические исследования подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья // Почвоведение. 2004. №7. С.853-859.
  2. Дёмкина Т.С., Борисов А.В., Ельцов М.В., Дёмкин В.А. Сравнительная характеристика микробных сообществ курганных насыпей, подкурганных и современных почв степной зоны Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2007. №6. С.738-748.
  3. Вайнштейн М.Б., Кудряшова Е.Б. О наннобактериях // Микробиология. 2000. Т.69. № 2. С.163-174.
  4. Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Дмитриев В.В., Дуда В.И., Сузина Н.Е., Дёмкин В.А. Морфология клеток и биомасса микроорганизмов подкурганных и современных степных почв Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2010. №10. С.1229-1238.
  5. Demkina T.S., Khomutova T.E., Kashirskaya N.N. et al. Age and activation of microbial communities in soils under burial mounds and in recent surface soils of steppe zone // Eurasian Soil Science. 2008. V.41. №13. P. 1439-1447.

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!