Некоторые аспекты мониторинга содержания микробной биомассы в почвах (на примере дерново-подзолистых почв заповедных лесов Московского региона)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Содержание углерода микробной биомассы в почве служит одним из индикаторов ее биологической активности и часто используется при оценке влияния на почвенный микробиом антропогенной деятельности и природных изменений. Значительное пространственное и временнóе варьирование показателя на уровне экосистем, типологических единиц почв, видов землепользования затрудняет интерпретацию данных, получаемых при массовом мониторинге. Цель исследования – определение фоновых значений содержания микробной биомассы в поверхностном подподстилочном слое почв заповедных лесов Московской области. Проведено рекогносцировочное обследование типичных для региона разнообразных по генезису и гранулометрическому составу почв подзолистого ряда, автономных или с небольшим дополнительным увлажнением, сформированных под смешанными южно-таежными лесами на четырех охраняемых природных территориях. Оценено содержание углерода микробной биомассы в почвах, определенное двумя методами: по содержанию фосфолипидов и субстрат-индуцированному дыханию микробных сообществ. Значительная пространственная вариабельность содержания микробной биомассы отмечена как на уровне площадок, так и на уровне экосистем. Для сходных классификационно и по гранулометрическому составу автономных почв она сравнима с локальной вариабельностью в пределах экспериментальных площадок. Показано, что величина микробной биомассы зависит в основном от характера влажностного режима и гранулометрического состава, который во многом определяет сорбционную способность почвы и ее обеспеченность биофильными элементами, а также коррелирует с богатством напочвенного покрова, обеспечивающего почвенный микробиом элементами питания. Показано, что для получения корректных результатов при мониторинге содержания микробной биомассы в почвах большое значение имеет унификация методики и глубины пробоотбора в почвах фоновых и антропогенно-преобразованных экосистем.

Об авторах

О. В. Чернова

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ovcher@mail.ru
Россия, Москва

К. С. Дущанова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: ovcher@mail.ru
Россия, Пущино

А. А. Петросян

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, ул. Институтская

Email: ovcher@mail.ru
Россия, Пущино

Т. Э. Хомутова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: ovcher@mail.ru
Россия, Пущино

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 223 с.
  2. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.
  3. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М., Бочарникова Е.О., Стольникова Е.В. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов и коренных ельников южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1108–1116.
  4. Ананьева Н.Д., Сушко С.В., Иващенко К.В., Васенев В.И. Микробное дыхание почв подтайги и лесостепи европейской части России: полевой и лабораторный подходы // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1276–1286.
  5. Атлас карт Приокско-Террасного заповедника/Отв. ред. Бобровский М.В., Брынских М.Н. Пущино: Биопресс, 2005. 64 с.
  6. Гавриленко Е.Г., Ананьева Н.Д., Макаров О.А. Оценка качества почв разных экосистем (на примере Серпуховского и Подольского районов Московской области) // Почвоведение. 2013. № 12. С. 1505–1515.
  7. Гавриленко Е.Г., Сусьян Е.А., Ананьева Н.Д., Макаров О.А. Пространственное варьирование содержания углерода микробной биомассы и микробного дыхания почв южного Подмосковья // Почвоведение. 2011. № 10. С. 1231–1245.
  8. Дущанова К.С., Украинский П.А, Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Борисов А.В. Биомасса и функциональное разнообразие микробных сообществ в катенах целинных и пахотных серых почв и черноземов // Почвоведение. 2024. № 2. С. 286–302. https://doi.org/10.31857/S0032180X24020078
  9. Завьялова Н.Е., Васбиева М.Т., Фомин Д.С. Микробная биомасса, дыхательная активность и азотфиксация в дерново-подзолистой почве Предуралья при различном сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 2020. № 3. С. 372–378. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030120
  10. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
  11. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  12. Мамонтов В.Г., Гладков А.А., Кузелев М.М. Практическое руководство по химии почв. М.: Изд-во РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2012. 225 с.
  13. Руководство по летней учебной практике студентов-биологов на Звенигородской биостанции им. С.Н. Скадовского. М.: Изд-во МГУ, 2004. 352 с.
  14. Сушко С.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Кудеяров В.Н. Эмиссия СО2, микробная биомасса и базальное дыхание чернозема при различном землепользовании // Почвоведение. 2019. № 9. С. 1081–1091.
  15. Урусевская И.С., Алябина И.О., Шоба С.А. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации. М-б 1:8 000 000. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова. Факультет почвоведения, 2019.
  16. Хайдапова Д.Д., Милановский Е.Ю., Тюгай З.Н., Бутылкина М.А., Шеин Е.В., Дембовецкий А.В. Практикум по физике твердой фазы почв. М.: Буки Веди, 2022. 132 с.
  17. Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Борисов А.В., Шишлина Н.И. Состояние микробных сообществ подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны эпохи средней бронзы (XXVII–XXVI вв. до н. э.) в связи с динамикой увлажненности климата // Почвоведение. 2017. № 2. С. 239-248.
  18. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  19. Anderson T.-H., Domsch K.H. Soil microbial biomass: The eco-physiological approach // Soil Biol. Biochem. 2010. V. 42. № 12. P. 2039-2043.
  20. Bünemann E.K., Bongiorno G., Bai Z, Creamer R.E., Deyn G.De., de Goede R., Fleskens L. et al. Soil quality – A critical review // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 120. P. 105-125.
  21. Cheng F., Peng X., Zhao P., Yuan J., Zhong C., Cheng Y., Cui C., Zhang S. Soil Microbial Biomass, Basal Respiration and Enzyme Activity of Main Forest Types in the Qinling Mountains // PLoS ONE. 2013. V. 8(6): e67353. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0067353
  22. Findlay R.H. The use of phospholipid fatty acids to determine microbial community structure // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. V. 4. P. 1–17.
  23. Frostegard A., Tunlid A., Baath E. Microbial biomass measured as a total lipid phosphate in soils of different organic content // J. Microbiological Methods. 1991. V. 14. P. 51–163.
  24. Hargreaves P.R., Brookes P.C., Ross G.J.S., Poulton P.R. Evaluating soil microbial biomass carbon as an indicator of long term environmental change // Soil Biol. Biochem. 2003. V. 35. P. 401–407.
  25. Ivashchenko K., Sushko S., Selezneva A., Ananyeva N., Zhuravleva A., Kudeyarov V., Makarov M., Blagodatsky S. Soil microbial activity along an altitudinal gradient: Vegetation as a main driver beyond topographic and edaphic factors. // Appl. Soil Ecol. 2021 V. 168. P. 104197. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2021.104197
  26. Jia G., Cao J., Wang C., Wang G. Microbial biomass and nutrients in soil at the different stages of secondary forest succession in Ziwulin, northwest China. // Forest Ecology and Management. 2005. V. 217. № 1. P. 117–125. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2005.05.055
  27. Jordan D., Kremer R.J., Bergfield W.A., Kim K.Y., Cacnio V.N. Evaluation of microbial methods as potential indicators of soil quality in historical agricultural fields // Biol. Fertil. Soils. 1995. V. 19. № 4. P. 297–302
  28. Lin Q., Brookes P.C. An evaluation of substrate induced respiration method // Soil Biol. Biochem. 1999. V. 31. № 14. P. 1969–1983.
  29. McKenzie N., Henderson B., McDonald W. Monitoring Soil Change. Principles and practices for Australian conditions // CSIRO Land and Water Technical Report. 2002. 112 p.
  30. Mohammad A. Assessing changes in soil microbial population with some soil physical and chemical properties // Int. J. Plant, Animal and Env. Sci. 2015. V. 5. № 3. P. 116–123.
  31. Morris S.J., Boerner R.E.J. Spatial distribution of fungal and bacterial biomass in southern Ohio hardwood forest soils: scale dependency and landscape patterns // Soil Biol. Biochem. 1999. V. 31. № 6. P. 887–902.
  32. Proposal for a European soil monitoring and assessment framework. Project manager Gentile A.R. EEA. Copenhagen, 2001. 58 p.
  33. Raubuch M., Beese F. Pattern of microbial indicators in forest soils along an European transect // Biol. Fertil. Soils. 1995. V. 19. № 4. P. 362–368.
  34. Saetre P. Spatial patterns of ground vegetation, soil microbial biomass and activity in a mixed spruce birch stand // Ecography. Copenhagen. 1999. V. 22. P. 183–192.
  35. Soil Strategy for 2030. Reaping the benefits of healthy soils for people, food, nature and climate SWD 2021. P. 323 https://environment.ec.europa.eu/publications/eu-soil-strategy-2030_en
  36. Susyan E.A., Wirth S., Ananyeva N.D., Stolnikova E.V. Forest succession on abandoned arable soils in European Russia e Impacts on microbial biomass, fungal-bacterial ratio, and basal CO2 respiration activity // Eur. J. Soil Biol. 2011. V. 47. P. 169–174.
  37. Wang Z., Zhao M., Yan Z., Yang Y., Niklas K.J., Huang H., Mipam D.T., He X., Hu H., Wright S.J. Global patterns and predictors of soil microbial biomass carbon, nitrogen, and phosphorus in terrestrial ecosystems // Catena. 2022. V. 211. P. 106037. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106037
  38. Zhang Y., Zou J., Meng D., Dang S., Zhou J., Osborne B., Ren Y., Liang T., Yu K. Effect of soil microorganisms and labile C availability on soil respiration in response to litter inputs in forest ecosystems: A meta-analysis // Ecol. Evolution. 2020. V. 10. № 24. https://doi.org/10.1002/ece3.6965. PMID

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагмент карты Почвенно-экологического районирования Российской Федерации масштаба 1 : 8 000 000 [15] для территории Московского региона с расположением обследованных ООПТ. Обследованные ООПТ (полные названия в тексте). Провинции, округа почвенно-экологического районирования: Е – зона дерново-подзолистых почв южной тайги, Е3 – Среднерусская южно-таежная провинция дерново-мелко- и неглубокоподзолистых почв, VI – Кимрский округ дерново-мелко- и неглубокоподзолистых, подзолов глеевых и торфян(ист)о-подзолисто-глеевых песчаных и супесчаных почв на флювиогляциальных и древнеаллювиальных отложениях, подстилаемых моренными суглинками, XIV –Смоленско-Московский округ дерново-мелко- и неглубоко- подзолистых глинистых и суглинистых почв на покровных отложениях, XVI – Москворецко-Окский округ дерново-мелко- и неглубокоподзолистых и серых лесных глинистых и тяжелосуглинистых почв на слабокарбонатных покровных отложениях, XVII – Мещерский округ подзолов глеевых торфян(ист)ых и дерново- подзолистых иллювиально-железистых песчаных почв на древнеаллювиальных и флювиогляциальных отложениях и торфяных болотных верховых и низинных почв. Л1 – Среднерусская широколиственно-лесная провинция серых лесных почв (зоны серых лесных почв лиственных лесов), М1 – Среднерусская лесостепная провинция черноземов оподзоленных, выщелоченных и типичных мощных и среднемощных, мало- и среднегумусных и серых лесных почв (зоны оподзоленных, выщелоченных и типичных черноземов и серых лесных почв лесостепи).

Скачать (694KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Содержание углерода микробной биомассы в почвах ООПТ Московской области (площадки 10 × 10 м, cреднее арифметическое). Метод ФЛ: 1 – слой 0–15 см, 2 – 0–10 см, 3 – 10–20 см; метод СИД: 4 – слой 0–15 см, 5 – 0–10 см, 6 – 10–20 см. Обозначения экспериментальных площадок в табл. 1.

Скачать (260KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Доля микробного углерода Cмик/Cорг в почвах ООПТ Московской области, %. (площадки 10 ×10 м, cреднее арифметическое). Метод ФЛ: 1 – слой 0–15 см, 2 – 0–10 см, 3 – 10–20 см; метод СИД: 4 – слой 0–15 см, 5 – 0–10 см, 6 – 10–20 см.

Скачать (240KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение почв ООПТ в плоскости главных компонент в зависимости от физико-химических и биологических свойств. ФГ – содержание физической глины (<0.01 мм); ПУ – признаки увлажнения в профиле; НВВ – наличие влаголюбивых видов; ТП – тип напочвенного покрова; Сорг и С-ФЛ – содержание органического углерода почвы и микробного углерода по содержанию фосфолипидов, соответственно.

Скачать (234KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024