Факультет

Студентам

Посетителям

Общая характеристика микробных ценозов торфяных почв

Структура и функции микробных ценозов торфяных почв Белорусской ССР, естественных и подвергнутых осушительной мелиорации, изучены нами в многолетних исследованиях и рассмотрены в монографии, опубликованной в 1977 г.

Однако ряд вопросов состава микробоценозов и их функционирования в торфяной почве, подвергнутой техногенному или другому виду антропогенного воздействия, остался неосвещенным. Это касается данных о численности, биомассе, продуктивности микроорганизмов торфа, определяемых с помощью прямых микроскопических методов, а также изменений микрофлоры и ее деятельности при структурной мелиорации.

В настоящей главе мы попытались обобщить имеющиеся в нашем распоряжении новые данные о прямом учете микрофлоры, а также действии на нее ингибиторов и дать характеристику микробных ценозов торфяных почв в зависимости от ботанического состава последних.

Микроорганизмы являются самой реактивной частью природных биоценозов. Разнообразие биохимических функций и исключительно высокая их физиологическая активность обусловливают направленность процессов, происходящих в почве, играют важную роль в создании ее плодородия.

При оценке многогранной деятельности микроорганизмов почвы наряду с исследованиями функциональной активности микрофлоры важно определить величину ее живой биомассы. Для этого необходимо располагать сведениями о количестве микробных клеток в почве и его ежесуточных изменениях в течение определенного времени. Изучение скорости размножения вносимых в почвы бактерий позволило прийти к заключению, что в течение месяца деление бактериальных клеток осуществляется приблизительно дважды. На протяжении вегетационного сезона бактериальная масса в средней климатической полосе регенерирует 6—8 раз, образуя десятки тонн живой массы бактерий на гектар. По данным Е. Н. Мишустина, в почвах разных географических широт живая бактериальная масса колеблется от 0,6 до 5,0 т/га пахотного слоя.

Численность микроорганизмов в почвах изменяется вследствие сезонных колебаний и внутренних закономерностей развития микробных популяций. С одной стороны, это обусловлено накоплением и разрушением продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, с другой — потреблением микробной биомассы в качестве источника пищи для многочисленных протистов и некоторых мельчайших представителей почвенной фауны.

Первый опыт оценки биомассы бактерий в торфяной почве предпринят нами в 1975 г. на базе Минской опытной болотной станции. Исследования проводили на площадке без растений, где почва характеризовалась высоким содержанием гумуса — до 80,5%. Образцы почвы отбирали ежедневно из верхнего горизонта в одно и то же время в течение 15 дней (с 28 июня по 13 июля). Для подсчета микроорганизмов составляли средний образец из 15—20 проб исследуемой почвы. Микроскопирование проводили сразу же после отбора образцов.

Общую численность и биомассу микроорганизмов определяли прямым методом с использованием люминесцентной микроскопии. Предварительно десорбировали микробные клетки, препараты окрашивали акридином оранжевым. Размеры биомассы устанавливали с помощью подсчета количества микробных клеток и длины мицелия грибов с использованием микроскопа ЛM-2 и последующего перевода полученных условных единиц в абсолютные. Расчеты выполняли в соответствии с методикой, предложенной П. А. Кожевиным с соавт., по которой биомасса сухого вещества для одной бактериальной клетки объемом 0,1 мкм3 составляла 2-10-14 г, 1 м грибного мицелия диаметром 5 мкм — 3,9* 10-6 г. Пересчет продуктивности бактериальной массы на гектар пахотного слоя проводили из расчета запаса органического вещества биомассы в 1 г абсолютно сухой почвы.

Параллельно с определением численности микроорганизмов прямым методом проводили высев почвенной суспензии на агаризованную почвенную вытяжку, которую использовали в качестве элективной среды, дающей наиболее стабильные и высокие результаты.

В исследуемой почве определяли выделение углекислого газа по методике, описанной А. Г. Бондаревым. Кроме того, изучали биологическую активность почвенного воздуха способом, основанным на учете дыхания 2—3-дневных проростков семян ячменя на глубине 10—15 см. Биологическая активность почвенного воздуха выражалась в процентах: отрицательная величина указывала на угнетение дыхания проростков, положительная — на стимуляцию.

Анализ полученного материала позволяет заключить, что количество микроорганизмов в торфяной почве подвержено колебаниям в пределах 8—30 млрд. клеток в 1 г абсолютно сухой почвы. По данным количественного учета микроорганизмов, проведенного методом посева на агаризованную почвенную вытяжку, их численность была в сотни раз меньшей, чем при подсчете прямым методом (15— 86 млн. клеток в 1 г абсолютно сухой почвы).

Графическое изображение ежедневной динамики численности микроорганизмов показывает пульсационный характер ее изменений. Подъемы численности регулярно сменялись спадами, максимальные и минимальные пределы этих колебаний были разные, периодическое нарастание и спад количества бактериальных клеток в почве наблюдались через каждые два-четыре дня.

Соответственно изменению численности бактерий в почве изменялась и величина их биомассы. За исследуемый период содержание сухой бактериальной массы колебалось от 0,2 до 0,6 мг/г абсолютно сухой почвы, т. е. в среднем составляло 0,04% ее массы, или 500 кг/1050 т органического вещества в 1 га окультуренной торфяной почвы.

Сравнение результатов наблюдений за численностью микроорганизмов и выделением углекислого газа почвой не

выявило строгой зависимости между ними. По-видимому, выделение углекислого газа зависит не только от численности микроорганизмов, но и их активности. Между биологической активностью почвенного воздуха и выделением почвой углекислоты обнаружена корреляционная зависимость. Коэффициент корреляции равен 0,6084=0,220, уровень значимости не больше 0,02.

Последующие исследования проводили на почвах Полесской мелиоративной опытной станции, Минской и Ивановичской опытных болотных станций в 1977—1980 гг. Торфяные почвы Полесской мелиоративной опытной станции (болото Хольче Лунинецкого района) низинного типа. Участки, на которых вели наблюдения, представлены мелкозалежным торфом, различающимся ботаническим составом, сроком освоения и возделываемой культурой. В заповеднике (целинные почвы) изучали две почвы: осоковую и тростниковую со степенью разложения торфа 20—25 и 35— 40% соответственно, на производственных участках — торфяники со степенью разложения торфа 30% (окультуренный осоковый торф) и 45—55% (тростниковый). Распространение гумусразрушающей микрофлоры, ее соотношение с общей численностью микроорганизмов, а также с олиготрофной и участвующей в разложении легкодоступных органических соединений микрофлорой определяли на глубине 2—15 и 15—30 см.

Учет, проведенный в образцах торфяных почв Полесской мелиоративной опытной станции, показал, что численность микроорганизмов в летний период была вдвое больше, чем осенью. В целинном осоковом торфе общее число микроорганизмов оказалось выше, чем в тростниковом; в окультуренных вариантах этих почв различия выражены еще более четко. Сделан расчет биомассы микроорганизмов. Максимальное количество бактериальной биомассы характерно для осокового торфа. Учет содержания мицелия низших грибов выявил аналогичную зависимость развития микрофлоры от ботанического состава торфа.

Содержание сухой биомассы грибов в торфяных почвах составляло свыше 90% общей биомассы микроорганизмов и зависело от ботанического состава торфа, степени и способа окультуренности. Процентное содержание общей биомассы грибов и бактерий в расчете на органическое вещество торфяных почв наиболее высокое для осокового торфа, что указывает на его большую доступность для микроорганизмов.

Учет динамики численности бактерий в целинной и окультуренной торфяных почвах с высокой степенью разложения торфа (на Минской опытной болотной станции) выявил наличие количественного преимущества в целинном (заповедном) торфянике. Такая зависимость особенно выражена в отдельные дни середины июля и первой декады августа, когда из-за погодных условий в той или иной степени понижалась влажность почвы.

При параллельном изучении микробных ассоциаций, включающих зимогенную и автохтонную микрофлору почвы, применяли набор сред. Твердые питательные среды с органическими компонентами (белок, углеводы) использовали для учета сапрофитных микроорганизмов, разлагающих эти соединения; разбавленный (1 : 10) мясопептонный агар (МПА) — для определения общего числа сапрофитов; среду Чапека (ЧА) — для определения численности и состава микроскопических грибов; модифицированную среду Гетчинсона — для учета целлюлозоразрушающей микрофлоры. Численность нитрифицирующих бактерий определяли, используя голодный агар (ГА) с аммонийно-магниевыми солями; денитрификаторов — жидкую среду Гильтая; сульфатредуцирующих бактерий — жидкую среду Старкей; для выявления микрофлоры, трансформирующей гуминовые кислоты,— песок и агар, пропитанный гуматами с добавлением азотной соли. Группу олиготрофных микроорганизмов учитывали на водном (ВА) и торфяном (ТА) агаре, коринеподобные микроорганизмы — на нитритном агаре (НА). Методом пастеризованной посева устанавливали соотношения бацилл, находящиеся в почве в виде спор и в вегетативном состоянии.

Данные экспериментов подтвердили установленную ранее закономерность увеличения численности микроорганизмов в основных функциональных группах при окультуриваний торфяных почв.

Сравнительное изучение микробных ценозов целинных и окультуренных почв разного ботанического состава показало, что в целинных торфяных почвах развиваются преимущественно неспорообразующие бактерии коринеподобные, беспигментные, кремовой и розовой пигментации, мискококки, миксобактерии. Содержание бацилл невысокое. Они представлены ограниченным числом видов рода Bacillus: Bac. cereus, Вас. agglomeratus, Вас. megaterium. Среди актиномицетов в целинной почве доминировали Act. chromogenes, Act. globosus, Act. globisporum, Act. griseus. В почвах заповедника качественное разнообразие микроскопических грибов скудное, в основном представлены роды Peniciilium, Trichoderma.

Окультуривание торфяных почв приводит к значительным изменениям в структуре микробного ценоза. Содержание отдельных групп сапрофитной микрофлоры — аммонифицирующих, усваивающих крахмал и клетчатку микроорганизмов возрастает, увеличивается содержание бацилл, актиномицетов, микроскопических грибов. В окультуренном торфе заметно повышается содержание специфических форм неспорообразующих бактерий: многочисленны представители родов Flavobacterium, Sarcina, появляются коринеподобные бактерии с оранжевой и красной пигментацией. Доминирующими формами среди бацилл становятся Вас. mesentericus, часто с красной пигментацией, Вас. subtilis, Bac. megaterium, Вас. mycoides. На агаризоваиной почвенной вытяжке в образцах окультуренного торфа содержание актиномицетов в 4—6 раз больше, чем в неокультуренном. При сохранении видов актиномицетов, присущих целине в окультуренной почве наблюдается значительное количество Act. album, Act. flavus, Act. violaceum. Среди микроскопических грибов при активном развитии родов penicillium и Trichoderma широко представлены роды Alternaria, Botrytis, Verticillium, Fusarium, Trichothecium, Cephalosporium.

Новыми являются результаты о возрастании числа микроорганизмов ряда трофических группировок — олиготрофов, учитываемых на торфяном, водном, нитритном агаре, в окультуренных торфяниках по сравнению с целинными.

Такая зависимость одинаково проявилась как в осоковом, так и в тростниковом торфе. Исследования 1978—1980 гг. показали, что эти микробные группировки в осоковом торфе представлены в несколько раз богаче, чем в тростниковом.

Сведения о распространении в торфяных почвах микрофлоры, способной к росту на средах с гуматами натрия, получены впервые. Обнаружено, что микроорганизмы этой группы присутствуют в торфяных почвах осокового и тростникового ботанического состава, причем различия в их численности незначительны. Эта группа составляет не более 1% общего числа микроорганизмов, учитываемых на богатых органических средах.

Данные сравнительного учета олиготрофов и общей численности микроорганизмов, превращающих минеральный азот, показали, что в осоковом торфе эти величины близки, отношение между ними часто не превышает 1. В тростниковом торфе указанное соотношение меняется вследствие несколько более слабого развития олиготрофных микроорганизмов. Высокая численность олиготрофов обеспечивается активным развитием неспорообразующих бактерий, актиномицетов, низших грибов.

Исследование сульфатредуцирующих микроорганизмов показало, что их максимум выявлен в верхнем слое окультуренной тростниковой почвы. В целинном тростниковом торфе количество сульфатредуцирующих бактерий значительно ниже.

Наличие сульфатредуцирующих бактерий в суспензии торфяной почвы (при учете на жидкой питательной среде) подтверждается электронномикроскопическими исследованиями. При просмотре в электронном микроскопе во всех видах исследуемых почв наиболее часто наблюдались бактерии палочковидной формы различной длины, а также гифы актиномицетов. Выявлено присутствие во всех опытных почвах железо — и марганецокисляющих бактерий.

Микробные пейзажи торфяников изучали при помощи педоскопов по методу Перфильева и Габе, а также стекол обрастания в модификации А. В. Рыбалкиной и Е. В. Кононенко. Вырезанные из торфа монолиты сохраняли в специальных емкостях в лабораторных условиях. Педоскопы помещали в почву на 2 месяца, заполнив капилляры различными питательными средами: торфяным, крахмалоаммиачным и гуматным агаром. Извлеченные из грунта педоскопы фиксировали в парах формалина, подсушивали в термостате при 40—60 °С, окрашивали карболовым эритрозином, а затем просматривали под микроскопом с иммерсией. Следует отметить, что разные по составу питательные среды, заполнившие капилляры, не вызвали каких-либо существенных изменений в развитии микрофлоры. Очевидно, это происходит по той причине, что почвенный раствор, просачиваясь в капилляры, приближает состав питательной среды к почвенным условиям.

При просмотре педоскопов в опыте как с осоковой, так и тростниковой почвой наблюдали в основном бактериальное обрастание капилляров в виде одиночных палочек, кокков и отдельных скоплений. Грибной и актиномицетиый мицелий встречался редко (отдельные грибные гифы размером 4—8 мкм). Попадались рассыпавшиеся споры грибов: крупные и мелкие, овальные и круглой формы. Проследить заметные отличия целины и окультуренного торфа с учетом ботанического состава при помощи педоскопов не удалось.

Несколько иное представление о пейзажах почвы сложилось после просмотра стекол обрастания. Стекла закладывали в монолиты почв или химические стаканы с почвами на различные сроки (10, 20 и 30 сут). Во всех экспозициях осоковой целинной почвы преобладало грибное и актиномицетное обрастание при наличии бактериальных форм.

Через 10 дней экспозиции наблюдали наиболее богатое грибное обрастание стекол. Спорообразование у грибов к этому времени, как правило, недостаточно, распавшегося мицелия немного. В 20- и 30-суточном эксперименте отмечено умеренное грибное и актиномицетное развитие с обилием рассыпавшихся грибных спор разнообразной формы. Просматривалось много распавшегося, фрагментированного и лизированного мицелия. В окультуренной осоковой почве во все сроки экспозиции чаще, чем в целинной, встречались микроколонии и скопления бактерий кокковой и палочковидной формы. Микроорганизмы нередко располагались вокруг комочков почвы и гифов грибов.

Тростниковая почва во всех экспозициях имела аналогичную с осоковой почвой картину обрастания. Как в целинной, так и в окультуренной почве наблюдалось при наличии грибного обрастания хорошо развитое бактериальное.

В окультуренной тростниковой почве через 10 сут на стеклах обрастания чаще, чем в целинной, встречался мицелий актиномицетов, образующий густую сетку. Через 20 и 30 сут наблюдалось снижение количества бактериальных форм и появление большого числа грибных спор, распавшегося мицелия грибов и актиномицетов.

Таким образом, в целинных почвах осокового и тростникового торфа доминирующими микроорганизмами были грибные формы, а в окультуренных — бактериальные и актиномицетные.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: