Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологическая характеристика самовосстанавливающейся дерново-подзолистой почвы

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Микробиологическая характеристика самовосстанавливающейся дерново-подзолистой почвы"

На правахрукописи

САЗОНОВ Сергей Николаевич

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ

ПОЧВЫ

Специальность 03.00.07 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: д. б. н., проф. М.М. Умаров

Официальные оппоненты: д. б. н., проф. Д.И. Никитин

к. б. н., доц. B.C. Егоров

Ведущее учреждение: Почвенный институт

им. В.В. Докучаева

Защита диссертации состоится «< г. на заседании

диссертационного совета К501.001.05 в МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения. ^ -fg> ¿Q

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направить по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь

диссертационного л

совета, д.б.н. D^f-i^T^*.—. Г.М. Зенова

Актуальность темы:

В конце XX - начале XXI в.в. значительные территории России оказались выведенными из сельскохозяйственного использования. По данным Госкомстата России площадь таких земель уже к концу 2002 г. составляла около 3 млн. га и продолжает в настоящее время увеличиваться. Подобные явления характерны и для современной Западной Европы (Anderson, 2000).

В этих почвах протекают особые, мало изученные физические, химические и биологические процессы, которые объединяются общим термином - самовосстановление. Самовосстановление почв можно определить как совокупность естественных природных процессов, проявляющихся в «стремлении» почвенной системы вернуться в исходное, ненарушенное состояние.

Явление самовосстановления почв известно давно и многократно «закономерно» происходило в раннем земледелии - при подсечно-огневом, переложном, залежном земледелии, а также при серьезных социально-экономических изменениях в обществе. Примером тому может служить эпоха Ивана Грозного (60-80гг. XVI века), когда в Подмосковье произошло «запустение» до 90% пашни, которая за 10-20 лет «лесом поросла в бревно, в кол и в жердь» (Кобрин, 1989).

Отличительным признаком современных агроэкосистем на дерново-подзолистых почвах является то, что их самовосстановление протекает на фоне длительного (около 50 лет) применения минеральных удобрений и широкомасштабного известкования (Рожков, Скворцова, 2004).

В агрохимии широко применяется термин - «последействие» (Минеев, Егоров, 2003), характеризующий остаточное влияние (обычно 2-3 года) внесенных агрохимикатов на свойства растений и почв. В почвоведении для характеристики изменений в почвенном профиле бывшей пашни используется менее известный термин - «постагрозем» (Классификация и диагностика почв, 2001). Однако оба этих термина не отражают существа процессов, протекающих в почве при выведении ее из сельскохозяйственного

оборота. Нами предлагается подход, основанный на изучении микробиологических показателей, позволяющих выявить изменения на самых первых этапах самовосстановления, которые не удается обнаружить иными (химическими или физическими) методами.

Микробиологическая характеристика самовосстанавливающихся почв имеет как самостоятельное научное значение, так и практический интерес, связанный с прогнозом их развития.

Целью работы явилась характеристика структурно-функционального состояния микробного комплекса дерново-подзолистой почвы, находящейся на разных стадиях (этапах) самовосстановления.

Задачи исследования;

1. Определить активность процессов азотного (денитрификация, азотфиксация) и углеродного (образование СОг и СН4) циклов в дерново-подзолистой почве, в разное время выведенной из длительного сельскохозяйственного использования.

2. Изучить функциональное биоразнообразие микроорганизмов в исследуемой почве.

3. Оценить численность и структуру микробного комплекса самовосстанавливающихся почв.

Научная новизна:

В работе впервые дана характеристика микробиологического состояния дерново-подзолистой почвы с разной длительностью самовосстановления.

Установлено, что в вариантах с кратковременным самовосстановлением (2 года) эффект применения минеральных удобрений на активность эмиссии парниковых микрогазов и активность азотфиксации

отчетливо сохранялся.

В этих же вариантах выявлено изменение структуры микробного комплекса - увеличение биоразнообразия, выравненности и стабильности микробного ценоза почвы.

Варианты почв с длительным самовосстановлением (10-15 лет, постагрозем - УОПЭЦ МГУ «Чашниково») незначительно различались между собой по изученным параметрам, в то же время они достоверно отличались по всем показателям от ненарушенной (лесной) экосистемы.

Предполагается, что главным фактором, замедляющим процесс самовосстановления дерново-подзолистой почвы, является ее длительное известкование.

Практическая значимость: Материалы исследования могут быть использованы в сельском хозяйстве при оптимизации агротехнических мероприятий и прогнозировании их экологических последствий. Теоретические результаты диссертации используются в спецкурсах лекций на факультете почвоведения МГУ.

Апробация работы:

Основные положения работы были доложены на VI Международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов - 99» (Москва, 1999), на Ш и IV Съездах Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004), на Международном Симпозиуме «Роль почвы в геосферно-биосферных системах» (Москва, 2001), а также представлены на конгрессах в Голландии (2001), Украине (2001) и Таиланде (2002).

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи и 13 тезисов.

Объем работы:

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы.

Работа изложена на страницах текста, содержит рисунков,

таблиц. Список литературы включает наименований.

Объекты и методы исследования

Исследования проводили в 2000-2003 г.г. на двух объектах - на лизиметрической станции Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института химизации (ВНИПТИХИМ) РАСХН (п. Немчиновка) и на территории учебно-опытного почвенного экологического центра (УОПЭЦ) факультета почвоведения МГУ «Чашниково» (Московская обл.).

Во ВНИПТИХИМ опыты были заложены на лизиметрах с дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой. Мощность почвенного слоя в лизиметрах составляла 0.5м, внутренний диаметр - 1 м. Удобрения вносили ежегодно в течение 10 лет, в последний раз удобрения во все варианты были внесены в 1999 году. Таким образом, на момент исследования почва находилась в состоянии самовосстановления в течение относительно короткого промежутка времени - около 2-х лет. Оценку микробиологических показателей проводили на следующих вариантах опыта:

1. Контроль - вариант без внесения минеральных удобрений (БУ).

2. Вариант с внесением минерального агрохимического фона в виде фосфоритной муки и хлористого калия (фон).

3. Два варианта с внесением на этом фоне минерального азота в форме аммиачной селитры в дозах 90 и 210 кг/га почвы (фон+Р7оК],^9о, фон+Р70К,4с№10).

На УОПЭЦ «Чашниково» опыт был заложен на длительно удобряемой (более 40 лет) и регулярно известкованной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве под пашней с естественным травяным покровом, обработку которой (вспашка, внесение минеральных удобрений) в последний раз проводили в 1989 г. (Гомонова и др., 2001); таким образом, система представляет собой постагрозем, имеющий длительную историю применения высоких доз минеральных удобрений и регулярного известкования.

Схема опыта включала:

1. Почва без внесения удобрений (БУ).

2. Вариант с внесением извести (известь). В течение 40 лет известкование проводилось 5 раз из расчета 19-32 т/га с учетом гидролитической кислотности. Последний раз известь вносили в 1987 г.

3. Вариант с внесением полного минерального удобрения (NPK), а также извести в указанных дозах (известь+NPK).

4. Контроль - почва под смешанным широколиственным лесом. Образцы почв отбирали в летний период ежедекадно с помощью бура из

верхнего слоя (0-10 см) пахотного горизонта (0-20 см) или из горизонта (А) почвы под лесом.

Интенсивность процессов азотного (денитрификация, азотфиксация) и углеродного (дыхание, метаногенез) циклов оценивали методами газовой хроматографии (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991).

Поскольку проведение газовых анализов в поле было невозможно, все определения проводили в лаборатории, при этом каждый образец почвы анализировался в 3-х кратной повторности. Так как параллельно отбирались 3 образца, то фактически для каждого срока почва анализировалась в 9-ти кратной повторности.

Содержание углерода и азота в почве определяли традиционными методами (Практикум по агрохимии, 2001). Все пробы почв анализировали также в трехкратной повторности.

Определение численности бактерий, длины мицелия грибов, актиномицетов, числа спор грибов, а также их биомассы в почве осуществляли трижды за летний период (июнь, июль, август) методом люминесцентной микроскопии. (Методы ..., 1991). Для каждого образца рассматривались 30 полей зрения в 6-ти кратной повторности, что, по литературным данным (Головченко и др., 2000) позволяет получигь наиболее достоверную картину.

Оценку параметров функционального биоразнообразия комплексов почвенных микроорганизмов проводили ежемесячно (параллельно с определением численности и биомассы микроорганизмов) методом мультисубстратного тестирования (МСТ) с помощью автоматизированной

системы микробиологического мониторинга «Эко-лог» (Горленко, Кожевин, 1994). Использовали специальные тест-планшеты типа «Эко-лог», в каждой из 96 ячеек которых помещался соответствующий субстрат. В ячейки таких планшетов вносили суспензии исследуемых почв. При этом к суспензии предварительно добавляли индикатор, который в случае потребления данного субстрата микроорганизмами биохимически модифицируется и приобретает окраску, а её интенсивность пропорциональна активности микроорганизмов, связанной с потреблением данного субстрата в ячейке. Полученный массив данных использовали для оценки индексов функционального биоразнообразия и индексов стабильности микробных систем, полученных на основе анализа ранговых распределений.

Влажность почвы определяли методом горячей сушки (Вадюнина, Корчагина, 1989).

Кислотность почвы определяли в солевой вытяжке.

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы STATISTICA-5.

Результаты исследований

1. Газообразные потери азота, углерода и азотфиксация в кратковременно самовосстанавливающейся дерново-подзолистой почве

Определение величин эмиссии закиси азота из почвы в течение вегетационных периодов 2000-2001 годов показало, что газообразные потери хорошо кореллировали с внесённой ранее дозой минерального азота. В вариантах с наибольшей дозой азота (210 кг/га) эмиссия закиси азота была максимальной, причем такая закономерность прослеживалась в течение всего вегетационного периода. Потери азота из почвы в виде закиси азота возрастали к середине вегетационного периода и постепенно снижались к началу осени (рис.1). Примерно такой же характер изменений эмиссии закиси азота был и в 2000 г.

ВБУ ВРК ОРКЫЭО О PKN210

Рис. 1 Эмиссия закиси азота из дерново-подзолистой почвы после 2-х лет самовосстановления (2001 г.)

Азотфиксирующая активность в вариантах кратковременного самовосстановления также определялась количеством внесённого ранее минерального азота (рис.2). В вариантах с последействием высокой дозы азота активность азотфиксации была достоверно ниже, чем в вариантах без азота. Такая зависимость сохранялась в течение всего вегетационного периода. Наибольшей активности процесс азотфиксации достигал в конце июня в варианте без азота с внесением одних только фосфорно-калийных удобрений, постепенно снижаясь к концу вегетационного периода. Полученные данные хорошо объясняются высоким содержанием минеральных форм азота в почве. Так, например, в варианте, где ранее вносились высокие дозы азота, содержание общего азота в 100 г почвы к моменту проведения измерений составило 90 мг, в то время как в контрольном варианте - не превышало 14 мг.

27м ая 26ИЮНН Юиюля 15авгус|Я 2сектибря

Н6У ИРК ОРИ^ЭО ОРКЫ210

Рис. 2 Активность фиксации молекулярного азота в дерново-подзолистой почве после 2-х лет самовосстановления (2001 г.)

9

Таким образом, эффекты от внесенных ранее удобрений отчетливо проявлялись и в период их последействия. В частности, с возрастанием вносимой дозы минерального азота активность азотфиксации убывала, в то время как газообразные потери азота росли.

Исследование интенсивности эмиссии СО2 показало, что наибольших значений этот процесс достигал в варианте с внесением полного минерального удобрения (рис.3). При этом в варианте с внесением одних фосфорно-калийных удобрений эмиссия диоксида углерода была выше по сравнению с контролем - без внесения удобрений. Как отмечалось, аналогичная закономерность была выявлена и при исследовании эмиссии закиси азота из почвы.

ЯБУ 1РК ОРШО О РКЫ210

Рис. 3 Эмиссия диоксида углерода из дерново-подзолистой почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования (2001 г.)

Эмиссия метана из дерново-подзолистой почвы наблюдалась в течение всего вегетационного периода во всех вариантах опыта (рис.4).

Наиболее интенсивное выделение метана отмечалось в варианте с последействием внесения полного минерального удобрения что

может быть связано с наличием аммонийных соединений азота, ингибирующих действие метанмонооксигеназы метанотрофных бактерий (BodeШeretaL,2001).

27мая 26июня Юиюля 15аиуста 2сенгя6ря

Г ВБУ ШРК О PKN90 ПРКМ210

Рис. 4 Эмиссия метана из дерново-подзолистой почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования (2001 г.)

Таким образом, эффект применения минеральных удобрений на активность эмиссии парниковых газов значимо сохранялся и

через 2 года после их внесения.

2. Показатели функционального биоразнообразия и структура комплекса микроорганизмов почв при кратковременном самовосстановлении

С целью объяснения полученных закономерностей нами было проведено определение параметров функционального биоразнообразия и стабильности микробной системы на основании данных мультисубстратного тестирования (МСТ), а также исследование структуры микробного комплекса изучаемых почв прямым люминесцентномикроскопическим методом.

Отметим, что для характеристики самовосстановления почв метод мультисубстратного тестирования применяется впервые (Сазонов и др., 2004) Полученные при использовании этого метода показатели (индекс Шеннона (Н) - показывающий функциональное биоразнообразие, критерий выравненности (Е) и коэффициент формы распределения ф) - оценивающий устойчивость сообщества) характеризуют состояние комплекса почвенных микроорганизмов «изнутри» системы, что позволяет дополнить и объяснить

многие особенности процессов азотного и углеродного циклов, оцененные газохроматографическими методами.

Сравнение параметров функционального биоразнообразия (Н) в почвах с контрастными схемами внесения удобрений показало, что максимальное биоразнообразие (табл. 1) было характерно для варианта с внесением полного минерального удобрения. Следует подчеркнуть, что микробное сообщество этого варианта отличалось и наибольшей выравненностью (Е).

Таблица 1

Параметры функционального биоразнообразия и стабильности микробной системы дерново-подзолистой почвы при кратковременном самовосстановлении (10 июля 2001 г.).

Варианты Критерий биоразнообразия (индекс Шеннона, Н) Критерий выравненности, Е Коэффициент формы распределения Б

Контроль 4.85 0.92 0.40

Р7оК|4С№Ю 5.05 0.96 0.25

Анализ ранговых распределений потребления субстратов (коэффициент формы распределения - D) показал, что в варианте с внесением полного минерального удобрения наблюдалась большая стабильность микробной системы, тогда как в контрольном варианте отмечена относительная её дестабилизация. Указанная тенденция прослеживалась в течение всего периода наблюдений 2000 и 2001 г.г.

Результаты оценки состояния почв методами газовой хроматографии и МСТ были дополнены данными люминесцентной микроскопии. Прямое микроскопирование показало, что в варианте с внесением полного минерального удобрения во все сроки анализа образцов доля прокариот в комплексе микроорганизмов была выше (60%) по сравнению с контрольным вариантом (40%) (рис.5).

Рис. 5 Доля бактерий (1), актиномицегов (2), мицелия грибов (3) и числа спор грибов (4) в дерново-подзолистой почве через 2 года после выведения го сельскохозяйственно использования (10 июля 2001г.): а) - РтоКио N210, б) - контроль (без удобрений)

Таким образом, остаточное действие (последействие) минеральных удобрений отчетливо проявляется в сохранении измененной структуры микробного комплекса, что выражается в увеличении биоразнообразия, выравненности и относительной стабильности микробного ценоза почвы. Следствием этого является длительно сохраняющейся эффект от применения минеральных удобрений на активность процессов азотфиксации, денитрификации, эмиссии СО2 и СН4.

Исходя из данных микробиологической оценки состояния почв мы не можем отметить появления сколь-нибудь отчетливых признаков начальных этапов их самовосстановления через 2 года после прекращения внесения минеральных удобрений.

Следующим этапом работы было изучение этих же процессов в почвах, сравнительно давно находящихся в состоянии самовосстановления (постагрозем, УОПЭЦ «Чашниково»).

Согласно агрохимической характеристике исследуемой почвы (табл.2), показатели содержания гумуса, общего азота и величины рНш практически одинаковы в варианте опыта «известь + КРК» и в варианте с внесением только извести, но резко отличаются от лесной почвы.

Таблица 2

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы (постагрозема) в Чашниково (2003 г.)

Параметры Варианты

Известь+ NPK Известь Лес

Гумус, % 1.7 1.7 5.0

рНка 6.7 6.7 3.7

мг/100г.п. 80 70 300

1.1 1.1 2.94

Обращает на себя внимание сравнительно низкое содержание общего азота в длительно удобряемых почвах по сравнению с почвой под лесом. За 40 лет применения полного минерального удобрения в соответствующем варианте было внесено 3830 кг азота/га, но это не отразилось па общих его запасах в почве.

3. Газообразные потери азота, углерода и азотфиксация в постагроземе

Оценка активности потерь закиси азота почвами показала (рис.6), что в 2003 г. наибольшая эмиссия закиси азота была отмечена в почве под лесом, в то время как минимальная активность деширификации была зафиксирована в варианте без внесения удобрений. Эти различия сохранялись в течение всего периода наблюдений. Примерно такая же картина была получена и для 2002 года.

Ш Без удобрений ■ Известь □ Известь+МРК пЛес

Рис. 6 Активность эмиссии закиси азота из дерново-подзолистой почвы постагрозема и леса (2003 г.)

Таким образом, варианты постагрозема практически не различались по активности денитрификации, в то время как ненарушенная почва (под лесом) характеризовалась наибольшей величиной эмиссии закиси азота. Возможным объяснением этого явления может служить известкование почв, поскольку известно, что при низком значении рН доля закиси азота в газообразных продуктах денитрификации резко возрастает (Knowles, 1981; Кромка и др., 1991).

Известкование оказывало существенное влияние и на нитрогеназную активность почв. Определение азотфиксирующей активности (рис.7) показало, что максимальных величин этот процесс достигал в варианте с внесением извести, минимальной активностью характеризовалась почва под лесом.

Рис.7 Динамика активности азотфиксации в исследуемых вариантах постагрозема и лесной почвы (2003 г.)

Указанная тенденция прослеживалась в течение всего периода наблюдений. Выявленные закономерности в динамике процессов денитрификации и азотфиксации хорошо коррелировали с изменением концентрации подвижных форм азота в исследованных вариантах и влажностью почвы (рис. 8,9).

2 й г I

30

26 июня 1 августа 12сентября

26 ИЮНЯ

1 августа 12 сентября

■ без удобрений -*- известь -известь+МРК —*-лес

"без удобрений -•—известь •известь+КРК -*-лес

Рис. 8 Динамика ионов Ж)з*(А) и КН4+(В) в почве постагрозема и леса (2003 г.)

Рис. 9 Динамика влажности почв постагрозема и леса (2003 г.)

Таким образом, по результатам определения активности процессов азотного цикла (денитрификация, азотфиксация), варианты постагрозема достоверно не различались между собой. Значимые отличия были обнаружены при сравнении этих вариантов с ненарушенной (лесной) экосистемой.

Интенсивность потерь углерода - еще один важный показатель микробиологической активности почв.

Изучение динамики эмиссии СОг из почвы выявило ее достоверное различие по вариантам (рис.10). Максимальная эмиссия СОг наблюдалась для лесной почвы в первой декаде сентября. При сравнении вариантов постагрозёма было установлено, что на протяжении всего периода наблюдений варианты без внесения удобрений, с внесением извести и полного минерального удобрения между собой достоверно не различались.

Рис. 10 Эмиссия диоксида углерода из вариантов постагрозема и леса (2003 г.)

В то же время во все сроки измерений почва под лесом (контроль) существенно превосходила по этому показателю перечисленные варианты, что кореллирует с активностью процесса денитрификации.

Изучение динамики эмиссии метана из исследуемых почв в 2003 г. выявило её минимальный уровень в лесной экосистеме (рис. 11) Варианты постагрозёма характеризовались большей интенсивностью этого процесса, причем незначительные отличия были обнаружены в конце вегетационного периода в варианте с внесением полного минерального удобрения.

Рис. 11 Эмиссия метана из вариантов постагрозёма и леса (2003 г.)

Обобщая данные об активности процессов азотного и углеродного циклов (денитрификация, азотфиксация, эмиссия и ) в почвах всех изученных вариантов многолетнего опыта можно заключить, что варианты постагрозёма незначительно различались между собой, в то время как ненарушенная экосистема (лес) достоверно отличалась от них по всем полученным показателям Однозначный вывод, который следует из этого, состоит в том, что длительное применение минеральных удобрений и известкование почв привело к глубоким изменениям биогеохимических циклов азота и углерода в этих почвах, причем эти изменения продолжают сохраняться и через 14 лет после прекращения воздействия.

4. Структура микробного комплекса и параметры функционального биоразнообразия микроорганизмов постагрозема

Результаты изучения структуры микробных комплексов в почвах изученных вариантов в 2003 г. (известь, известь+NPK) приведены на рис.12.

Сравнение вариантов постагрозёма (известь, известь+NPK) выявило их относительное сходство в отношении прокариотного и эукариотного комплексов.

В этих вариантах на долю бактерий приходится примерно 20%, актиномицеты составляют не более 5% от их общего содержания, доля эукариот достигает 70%.

«)-ИЗВЕСТЬ б)-ВЗВЕСТЬ+ОТК

бактерии 2

Рис. 12 Доля бактерий (1), актиномицетов (2), мицелия грибов (3) и числа спор грибов (4) в дерново-подзолистой почве при длительном сроке последействия удобрений (а) - известь, б) - известь+NPK) и в лесу (в) (16 июля2003г.)

В то же время почва под лесом отличалась повышенной долей грибов (до 80%) и пониженной прокариот - доля бактерий и актиномицетов составляла 10% и 3% соответственно. Аналогичная закономерность была выявлена во все сроки анализа образцов. По имеющимся в литературе данным, подобные отличия считаются достоверными (Головченко и др., 2000). Таким образом, по структуре микробного комплекса варианты постагрозема быта близки между собой, но существенно отличались от почв лесной экосистемы.

Результаты оценки функционального разнообразия комплекса

микроорганизмов в почвах всех вариантов опыта приведены в табл.3. Максимальное биоразнообразие (Н) было выявлено в почве с внесением КРК; известкованный вариант и лес по индексу Шеннона практически не отличались. По показателю выравненности (Е) достоверных различий между всеми исследованными вариантами также не было обнаружено.

Таблица 3

Параметры функционального биоразнообразия и стабильности микробной системы (16 июля 2003 г.)

Варианты Критерий биоразнообразия (индекс Шеннона, Н) Критерий выравненности, Е Коэффициент формы распределения, Б

Известь 4.68 0.89 0.81

Известь+ ОТК 4.73 0.90 0.40

Лес 4.66 0.88 0.39

Оценка напряжённости системы в отношении потребляемых субстратов проводилась по величине коэффициента устойчивости (Б). В почве известкованного варианта обнаружена резкая дестабилизация системы (Б=0.81), в то время как в варианте с внесением КРК и в лесу выявлена относительная стабильность этого показателя. Таким образом, исходя из этих данных можно заключить, что внесение извести вызывает наиболее глубокие изменения в структуре комплекса микроорганизмов дерново-подзолистой почвы. Кроме того, обобщая все полученные результаты, можно отметить, что почвы исследованных вариантов постагрозёма близки между собой по изученным параметрам, но достоверно отличаются от почвы ненарушенной (лесной) экосистемы.

В этой связи следует указать, что по микробиологической активности

(эмиссии азотфиксации, численности и функциональному

разнообразию комплекса микроорганизмов) изученные варианты

постагрозёма практически сравнялись между собой. Мы полагаем, что

19

главным фактором, препятствующим самовосстановлению этих почв до почв лесной экосистемы, характерной для данной территории, является их длительное известкование. Подтверждением такого вывода является то, что лесовозобновления на данной территории не происходит, несмотря на значительный (более 10 лет) срок прекращения применения извести, минеральных удобрений и обработки.

Окончательный вывод об устойчивом процессе самовосстановления таких почв можно будет сделать лишь после проведения длительных режимных наблюдений, а для подтверждения полученных закономерностей требуются более детальные и углубленные исследования.

Заключение

Основной целью данной работы являлось определение особенностей микробиологического состояния самовосстанавливающихся почв, выведенных из длительного сельскохозяйственного использования.

Для такой оценки были использованы три группы методов - анализ почвенных микрогазов, метод прямого учета численности и биомассы микроорганизмов в почве и метод мультисубстратного тестирования (МСТ), позволяющие получить относительно полную картину физиологического и биогеохимического состояния почвенной микробиоты.

Результаты проведенного исследования позволили с достоверной полнотой описать процессы, протекающие в дерново-подзолистых почвах при их самовосстановлении, при этом наиболее четкая картина была получена высокочувствительными газохроматографическими методами.

Сравнительно хорошо согласовались с ними данные прямой люминесцентной микроскопии.

Менее отчетливыми были результаты, полученные методом мультисубстратного тестирования (МСТ).

Тем не менее, несмотря на эти расхождения, удалось с необходимой достоверностью обосновать вывод о том, что даже через 13-15 лет после прекращения агрогенной нагрузки на почву, это влияние продолжает сохраняться и восстановления лесной растительности, характерной для данной территории, не происходит («ни бревна, ни кола, ни жерди» пока не наблюдается).

Выводы

1. Установлено, что эффект применения минеральных удобрений на эмиссию парниковых газов устойчиво сохранялся через два года после их внесения. В почвах кратковременного самовосстановления наибольшая интенсивность азотфиксации отмечена в варианте с фосфорно-калийным фоном (РК). Активность денитрификации, дыхания и метаногенеза была максимальной в варианте с внесением полного минерального удобрения.

2. Методом мультисубстратного тестирования в вариантах кратковременного самовосстановления выявлено значимое увеличение биоразнообразия выравяенности и стабильности микробного сообщества что свидетельствует о сохранении измененной структуры микробного комплекса дерново-подзолистой почвы. Прямое микроскопирование показало, что в варианте с внесением полного минерального удобрения во все сроки анализа образцов доля прокариот в комплексе микроорганизмов была выше (60%) по сравнению с контрольным вариантом (40%).

3. Варианты длительного самовосстановления почв (постагрозем в Чашниково) были близки между собой по активности денитрификации азотфиксации, дыхания и метаногенеза, но резко отличались от почвы ненарушенной (лесной) экосистемы.

4. Оценка функционального биоразнообразия и структуры микробного комплекса в постагроземе выявила достоверное отличие вариантов самовосстановления от почвы ненарушенной экосистемы, причем известкованный вариант находится на более ранней стадии самовосстановления, нежели вариант с внесением полного минерального удобрения.

5. Главным фактором, ограничивающим самовосстановление почв постагрозема к лесной экосистеме, характерной для данной территории, может являться их длительное известкование.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Сазонов С.Н., Манучарова НА. "Эмиссия закиси азота из дерново-подзолистой почвы". Национальная конференция с международным участием «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии». Пущино. Ноябрь. 2000. С. 76.

2. Манучарова НА, Сазонов С.Н. "Влияние агрохимических приемов на газообразные потери азота почвой" Тезисы докладов Ш Съезда Общества Почвоведов. Кн.2.Суздаль. Июль. 2000. С.39.

3. Манучарова НА., Сазонов С.Н. "Влияние минеральных удобрений на газообразные потери азота почвой". Тезисы докладов научной конференции "Растение и почва". Москва. Февраль.2001. С.25.

4. Sazonov S.N., Manucharova N.A. "Emission of nitrous oxide from cultivated sward-podzoiic soil". Materials of the international symposium "Functions of soils in the geosphere-biosphere systems". Moscow. August 2001.P.173.

5. Манучарова НА., Самсонова К.Е., Сазонов С.Н., Степанов А.Л. «Влияние минеральных удобрений на активность азотфиксации и эмиссию азотсодержащих газов из почв в атмосферу." Международная научная конференция "Экология и биогеохимическая деятельность микроорганизмов". Одесса. Сентябрь. 2001. С. 56.

6. Manucharova N.A., Sazonov S.N. "Emission of nitrous oxide from cultivated sward-podzolic soil" Intern. Congress "Non-CO2 Greenhouse Gases". Holland. December. 2001. P.345.

7. Манучарова Н.А., Сазонов С.Н., Садовская Э.Н., Степанов А.Л., Умаров М.М. Влияние минеральных удобрений на эмиссию закиси азота из дерново-подзолистой почвы. Почвоведение. 2002. №5. С. 532536.

8. Manucharova N.A.,Sazonov S.N., Stepanov A.L. Microbial productoin of nitrous oxide in cultivated soil, 17 World Congress of Soil Science, Vol. 3, Symposium № 65,14-21 August, 2002, Thailand, Bangkok. P.211.

9. Сазонов С.Н., Самсонова Е.Е., Манучарова Н.А. Оценка влияния минеральных удобрений и их последействия на газообразные потери азота и азотфиксацию в дерново-подзолистой почве. Биология - наука XXI века. Сборник тезисов 6-й Пущинской школы-конференции молодых ученых. 2002. С. 67-68.

Ю.Сазонов С.Н., Манучарова НА. Оценка потока парниковых микрогазов из почвы при последействии минеральных удобрений. Биология -наука XXI века. 7-ая Пущинская школа молодых ученых. 2003. С.423.

П.Сазонов С.Н, Манучарова НА. Поток парниковых микрогазов из почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования. Микробиологические аспекты процессов эмиссии и стока парниковых микрогазов. Пущина 16-20 июня 2003. С.100-101.

12.Сазонов С.Н., Манучарова НА, Горленко МБ., Терехов А.В., Умаров М.М. Оценка микробиологического состояния дерново-подзолистой почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования. Почвоведение. 2004. №3. С. 373-377.

13.Сазонов С.Н., Манучарова НА, Умаров М.М. Сравнительная оценка потока парниковых газов из дерново-подзолистой почвы, подверженной разным периодам самовосстановления. Труды международного биотехнологического центра МГУ им. М.В.Ломоносова. М. Изд-во «Спорт и культура». 2004. С. 158-162.

14.Сазонов С.Н., Манучарова Н.А., Горленко М.В., Умаров М.М. Микробиологическая оценка процесса самовосстановления дерново-подзолистой почвы. Почвоведение. 2005. №3.

15 cf. Г'\

1477

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Сазонов, Сергей Николаевич

Оглавление.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.Свойства дерново-подзолистых почв.

2. Минеральные удобрения и их последействие как фактор воздействия на почвенную микрофлору и трансформацию азотного (азотфиксация, денитрификация и нитрификация) и углеродного (дыхание, метаногенез) циклов в почве.

2.1. Влияние известкования на свойства почв.

2.1.1. Изменения, вызываемые в почве известью.

2.2. Влияние минеральных удобрений на видовой состав микроорганизмов.

2.3. Последействие различных систем удобрений на активность азотфиксации.

2.4. Последействие различных систем удобрения на активность денитрификации.

2.5. Влияние агрогенных факторов на эмиссию метана.

Органические удобрения.

Минеральные удобрения.

Другие агротехнические приемы.

2.6. Влияние факторов окружающей среды на эмиссию метана.

2.6.1. Физико-химические свойства почвы.

2.6.1.1. Влажность, температура и рН почвы.

2.6.2. Содержание органического вещества и другие химические свойства.

2.6.3. Гранулометрический и минералогический состав почвы.

3. Влияние лесной растительности на свойства почв.

4. Изменение физических свойств почв под лесной растительностью.

5. Влияние древесной лесной растительности на почвы.

6. Отличия во влиянии древесной и травянистой растительности на почвы.

7. Изменения свойств почв пашни, выведенной из оборота.

7.1. Изменения морфологического строения почв.

7.2. Изменение химических свойств почв.

7.3. Изменение физических свойств почв.

8. Дифференциация пахотного горизонта при лесовозобновлении.

ГЛАВА 2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Объекты и методы исследования.

Результаты исследований.

1. Газообразные потери азота, углерода и азотфиксация в кратковременно самовосстанавливающейся дерново-подзолистой почве.

2. Показатели функционального биоразнообразия и структура комплекса микроорганизмов почв при кратковременном самовосстановлении.

3. Газообразные потери азота, углерода и азотфиксация в постагроземе.

4. Структура микробного комплекса и параметры функционального биоразнообразия микроорганизмов постагрозема.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Микробиологическая характеристика самовосстанавливающейся дерново-подзолистой почвы"

В конце XX - начале XXI в.в. значительные территории России оказались выведенными из сельскохозяйственного использования. По данным Госкомстата России площадь таких земель уже к концу 2002 г. составляла около 3 млн. га и продолжает в настоящее время увеличиваться. Подобные явления характерны и для современной Западной Европы (Anderson et al., 2000).

В этих почвах протекают особые, мало изученные физические, химические и биологические процессы, которые объединяются общим термином — самовосстановление. Самовосстановление почв можно определить как совокупность естественных природных процессов, проявляющихся в «стремлении» почвенной системы вернуться в исходное, ненарушенное состояние.

Явление самовосстановления почв известно давно и многократно «закономерно» происходило в раннем земледелии - при подсечно-огневом, переложном, залежном земледелии, а также при серьезных социально-экономических изменениях в обществе. Примером тому может служить эпоха Ивана Грозного (60-80гг. XVI века), когда в Подмосковье произошло «запустение» до 90% пашни, которая за 10-20 лет «лесом поросла в бревно, в кол и в жердь» (Кобрин, 1989).

Отличительным признаком современных агроэкосистем на дерново-подзолистых почвах является то, что их самовосстановление протекает на фоне длительного (около 50 лет) применения минеральных удобрений и широкомасштабного известкования (Рожков, Скворцова, 2004).

В агрохимии широко применяется термин - «последействие» (Минеев,

Егоров и др., 2003), характеризующий остаточное влияние (обычно 2-3 года) внесенных агрохимикатов на свойства растений и почв. В почвоведении для характеристики изменений в почвенном профиле бывшей пашни используется менее известный термин - «постагрозем» (Классификация и диагностика почв, 2004). Однако оба этих термина не отражают существа процессов, протекающих в почве при выведении ее из сельскохозяйственного оборота. Нами предлагается подход, основанный на изучении микробиологических показателей, позволяющих выявить изменения на самых первых этапах самовосстановления, которые не удается обнаружить иными (химическими или физическими) методами.

Микробиологическая характеристика самовосстанавливающихся почв имеет как самостоятельное научное значение, так и практический интерес, связанный с прогнозом их развития.

Цель работы; характеристика структурно-функционального состояния микробного комплекса дерново-подзолистой почвы, находящейся на разных стадиях (этапах) самовосстановления.

Задачи исследования:

1. Определить активность процессов азотного (денитрификация, азотфиксация) и углеродного (образование СО2 и СН4) циклов в дерново-подзолистой почве, в разное время выведенной из длительного сельскохозяйственного использования.

2. Изучить функциональное биоразнообразие микроорганизмов в исследуемой почве.

3. Оценить численность и структуру микробного комплекса самовосстанавливающихся почв.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Сазонов, Сергей Николаевич

Выводы т

1. Установлено, что эффект применения минеральных удобрений на эмиссию парниковых газов (N20, С02, СЩ) устойчиво сохранялся через два года после их внесения. В почвах кратковременного самовосстановления наибольшая интенсивность азотфиксации отмечена в варианте с фосфорно-калийным фоном (РК). Активность денитрификации, дыхания и метаногенеза была максимальной в варианте с внесением полного минерального удобрения.

2. Методом мультисубстратного тестирования в вариантах кратковременного самовосстановления выявлено значимое увеличение биоразнообразия (Н(контроль)=4.85, HNPK=5.05), выравненное™ и стабильности микробного сообщества (D(kohtponb)=0.4, Dnpk=0.25), что свидетельствует о сохранении измененной структуры микробного комплекса дерново-подзолистой почвы. Прямое микроскопирование показало, что в варианте с внесением полного минерального удобрения во все сроки анализа образцов доля прокариот в комплексе микроорганизмов была выше (60%) по сравнению с контрольным ф вариантом (40%).

3. Варианты длительного самовосстановления почв (постагрозем в Чашниково) были близки между собой по активности денитрификации азотфиксации, дыхания и метаногенеза, но резко отличались от почвы ненарушенной (лесной) экосистемы.

4. Оценка функционального биоразнообразия и структуры микробного комплекса в постагроземе выявила достоверное отличие вариантов самовосстановления от почвы ненарушенной экосистемы, причем известкованный вариант находится на более ранней стадии самовосстановления, нежели вариант с внесением полного минерального удобрения.

5. Главным фактором, ограничивающим самовосстановление почв постагрозема к лесной экосистеме, характерной для данной территории, может являться их длительное известкование.

Заключение

Основной целью данной работы являлось определение особенностей микробиологического состояния самовосстанавливающихся почв, выведенных из длительного сельскохозяйственного использования.

Для такой оценки были использованы три группы методов - анализ почвенных микрогазов, метод прямого учета численности и биомассы микроорганизмов в почве и метод мультисубстратного тестирования (МСТ), позволяющие получить относительно полную картину физиологического и биогеохимического состояния почвенной микробиоты.

Результаты проведенного исследования позволили с достаточной полнотой описать процессы, протекающие в дерново-подзолистых почвах при их самовосстановлении, при этом наиболее четкая картина была получена высокочувствительными газохроматографическими методами.

Сравнительно хорошо согласовывались с ними данные прямой люминесцентной микроскопии.

Менее отчетливыми были результаты, полученные методом мультисубстратного тестирования (МСТ).

Тем не менее, несмотря на эти расхождения, удалось с необходимой достоверностью обосновать вывод о том, что даже через 13-15 лет после прекращения агрогенной нагрузки на почву, это влияние продолжает сохраняться и восстановления лесной растительности, характерной для данной территории, не происходит («ни бревна, ни кола, ни жерди» пока не наблюдается).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Сазонов, Сергей Николаевич, Москва

1. Алифанов В.М. Изменение лесных почв при сельскохозяйственном использовании//Почвоведение. 1979. № 1. С. 37-47.

2. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Изд-во МГУ, 1989.- 336 е.: ил.

3. Баранова О.Ю. Антропогенные изменения дерново-подзолистых почв при лесовозобновлении. Дисс. к.б.н. М., 1987. 198с.

4. Баранова О.Ю. Естественное и искусственное лесовозобновление на пахотных территориях. В кн.: Тезисы Всесоюзного совещания "Лесорастительные свойства и антропогенная динамика". Брянск, 1990.

5. Баранова О.Ю., Номеров Г.Б., Строганова М.Н. Изменения свойств пахотных почв при зарастании их лесом. //В сб. Почвообразование в лесных биогеоценозах. М: Наука, 1989. С.60-78.

6. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почвы. М.: Агропромиздат. 1986. 415 с.

7. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг динамики почвенного покрова, ст. из кн. Аэрокосмические, методы в почвоведении и их использование, в сел. хоз-ве. М, 1990, с. 55-61.

8. Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М.: ГЕОС. 2001. 500 с.

9. Ю.Гаркуша И.Ф. Изменение дерново-подзолистых почв под влияниемокультуривания.// Почвоведение, 1955, № 4, С.33-47.

10. П.Гедымин А.В. Влияние истории использования земель на некоторые свойства почв бассейна Валдайского озера. В кн.: Природные ресурсыи вопросы их рационального использования. Сб. трудов Моск. Обл. Института им. Н.К. Крупской. М., 1976. С.27-53.

11. Гедымин А.В.; Актуальные вопросы изучения почв и почвенного покрова Незерноземной зоны // М., 1984.

12. З.Герасимова М.И., Пацукевич З.В. Опыт генетической интерпретации некоторых морфометрических показателей дерново-подзолистых почв на покровных суглинках: Тез. докл. V съезда ВОП, вып. IV. Минск, 1977.

13. Н.Герасимова М.И. Пацукевич З.В. Опыт анализа связей между горизонтами лесных дерново-подзолистых почв, выявленных статистическими методами// Вести. Моск. ун-та. Сер. 5, Геогр. 1988. №2.

14. Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Малык Е.А., Звягинцев Д.Г. Сравнительный анализ различных систем удобрений и продолжительности их действия на комплекс почвенных актиномицетов и свойства дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2001. №6. С.720-725.

15. Горленко М. В., Кожевин П. А. Дифференциация почвенных микробных сообществ с помощью мультисубстратного тестирования//Микробиология. 63, № 2. 1994.289—293.

16. Григорьев Г.И., Сорокина Н.П., Шергаукова Г.А. Элементарные почвенные структуры пахотных почв южной окраины Клинско-Дмитровской гряды// Бюл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. 1975. Вып. VIII.

17. Гузев B.C., Кураков А.В., Бондаренко Н.Г., Мирчинк Т.Г. Действие извести и минеральных удобрений на микробную систему дерново-подзолистой почвы // Микробиология. 1984. Т. 53. Вып. 4. С. 669-676.

18. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.:ИКЦ. «Академкнига». 2002. 282с.

19. Добровольский Г.В., Умаров М.М. Почва, микробы и азот в биосфере. Ж. Природа № 6. 2004. С. 15-22.

20. Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. М. 1996. 307 С.

21. Карпачевский Л.О., Рожков В.А., Карпачевский М.Л., Швиденко А.З. Лес, почва и лесное почвоведение. //Почвоведение, 1996, N5.

22. Карпачевский Л.О., Строганова М.Н. и др. Эволюция почвенного покрова при лесовосстановлении. Сб. Успехи почвоведения. М: Наука, 1986. С. 135-142.

23. Классификация и диагностика почв России. / Авторы и составители: Л.Л.Шишов, В. Д.Тонконогов, И.И.Лебедева, М.И.Герасимова. -Смоленск: Ойкумена, 2004.- 342 с.

24. Кобрин В.Б. Иван Грозный. М., Изд-во, Моск. рабочий, 1989. 175 с.

25. Ковда В.А.; Розанов Б.Г.; Почва и почвообразование. // изд-во МГУ им. М.В.Ломоносова, 1989, с.203

26. Кравченко И.К. Влияние азотных соединений на окисление метана в верховом сфагновом болоте Западной Сибири // Микробиология. 1999а. Т.68. №2. С.247-251.

27. Кравченко И.К. Ингибирующее действие аммония на активность метанотрофного микробного сообщества верхового болота // Микробиология. 19996. Т.68. №2. С.241-246.

28. Кудеяров В.Н. Азотно-углеродный баланс в почве // Почвоведение. 1989. №1. С. 73-82.

29. Кулинская Е.В., Скворцова Е.Б. Изменение микростроения дерново-подзолистых почв при сельскохозяйственном освоении. В сб. Деградация и восстановление лесных почв. М: Наука, 1991. С.243-249.

30. Липкина Г.С., Ржезникова Н.Ю. Почвообразование под лесом и на пашне в различных условиях рельефа// Почвоведение. 1987. № 3.

31. Лысиков А.Б. Изменив некоторых показателей пахотной почвы под действием лесных подстилок. В тез. докл. Всесоюз. конф. Диагностика деградации воспроизводства лесных почв. Тарту: 1987. С. 57.

32. Макаров Б.Н. Газовый режим почвы. М.: Агропромиздат. 1988. 105 с.

33. Макаров И.Б. Эволюция пахотных дерново-подзолистых почв при выводе их из сельскохозяйственного использования. //История развития почв СССР в голоцене: тез. Докл. На Всесоюз. конф. Пущино, 1984. С.191-192.

34. Манучарова Н.А., Степанов А.Л., Умаров М.М. Особенности микробной трансформации азота в водопрочных агрегатах почв разных типов // Почвоведение. 2001. №10. С. 1261-1267.

35. Методические рекомендации по выявлению массивов заброшенных пашен // ВАСХНИЛ; почвенный ин-т им. В.В.Докучаева; ML, 1990., -52 с.

36. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М. Изд-во МГУ. 1991. 303 с.

37. Микроорганизмы и охрана почв. / Под ред. Д. Г. Звягинцева М.: Изд-во МГУ, 1989.-206 с.

38. Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.-М.:Изд-во МГУ. 1990. 486с.

39. Минеев В.Г., Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М., Скворцова И.Н. Влияние длительного применения средств химизации на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. 1998. № 5. С. 5-12.

40. Минько О.И., Фармаковский Д.А. Интенсивность образования водорода и метана в почве в зависимости от ее влажности // Почвоведение. 1992. №3. С. 139-146.

41. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология: Учебник.- М.: Изд-во МГУ, 1988.220 с.

42. Новиков В.В, Степанов А.С. Влияние минерального азота на процессы микробной трансформации метана в почвах // Почвоведение. 2004. №10. С.1255-1258.

43. Новоженин И. А.; Русаков A.M.; Тюрин А.Н.; Концептуальные, прикладные и практические аспекты теории пахотопригодности почв и агроландшафтов. // Естественные науки; Вестник ОГУ, №4, 2001.

44. Орлов Д.С. Химия почв: Учебник.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 1992.- 400 с.

45. Паников Н.С. Эмиссия парниковых газов из заболоченных почв в атмосферу и проблемы устойчивости // Экология и почвы. Пущино: ОНТИ НЦБИ РАН. 1998. T.l. С.171-184.

46. Пономарева В.В. Теория подзолообразовательного процесса. Л.: Изд-во АН СССР, 1980.

47. Попов П.Д. Лизиметрический метод важный этап агрохимических и агроэкологических исследований. Доклады симпозиума

48. Лизиметрические исследования в агрохимии, почвоведении, мелиорации и агроэкологии». Москва-Немчиновка.1999. С. 16-21.

49. Практикум по агрохимии. Учеб. Пособие,- 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. Академика РАСХН В.Г.Минеева,- М.: Изд-во МГУ, 2001.-689с.

50. Рахматуллоев Х.Р. Влияние различных видов пользования на лесные и пахотные почвы. //Лесной вестник, 2001, №1(16). С. 85-89.

51. Роде А.А. О возможной роли растительности в подзолообразовании.// Почвоведение, 1944, № 4-5, С. 159-179.

52. Рожков В.А., Скворцова Е.Б. Изменение свойств пашни, выведенной из оборота. Материалы научной сессии по фундаментальному почвоведению. М.:МАКС Пресс. 2004. 190с.

53. Ромашкевич А. И., Герасимова М. И. Микроморфология и диагностика почвообразования. М.: Наука, 1982. С. 125.

54. Сазонов С.Н., Манучарова Н.А., Горленко М.В., Терехов А.В., Умаров М.М. Оценка микробиологического состояния дерново-подзолистой почвы, выведенной из сельскохозяйственного использования. Почвоведение. 2004. №3. С. 373-377.

55. Семенов А.А.; Изменение физический свойств дерново-подзолистых легкосуглинистых почв при длительном с.-х. Использовании // ВАСХНИЛ, Почвенный ин-т им. В.В.Докучаева; // Преобразование почв Нечерноземья при сельскохозяйственном освоении, М., 1981.

56. Скворцова Е. Б., Баранова О. Ю., Нумеров Г. Б., Изменение микростроения почв при зарастании пашни лесом // Почвоведение, №9, 1987.

57. Степанов А.Л., Умаров М.М. Влияние азотных и фосфорных удобрений на азотфиксацию и денитрификацию в дерново-подзолистой почве // Вестник Моск. универ. Сер. 17 Почвоведение. 1984. № 4. С.52-54.

58. Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. / Г.В.Добровольский, И.П.Бабьева, Л.Г.Богатырев и др./Отв. редактор Г.В.Добровольский. М.:Наука. 2003. 364с.

59. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация.- М.: Изд-во Моск. ун-та. 1986. 136 с.

60. Щеголькова Н.М. Эволюция почвенного покрова при лесовосстановлении.// Успехи почвоведения: Советские почвоведы к XIII Международному конгрессу почвоведов. М., «Наука», 1986. С. 135-142.

61. Якименко Е.Ю. Сравнительная характеристика почвообразования в луговых и лесных биогеоценозов. //В сб. Почвообразование в лесных биогеоценозах. М: Наука, 1989. С.79-104.

62. Adamsen A.P.S., KingG.M. Methane consumption in temperate and subarctic forest soils: rates, vertical zonation, and responses to water and nitrogen//Appl. andEnvironm. Microbiol. 1993. V. 59. P. 485-490.

63. Alberto M.C.R., Arab J.R.M., Neue H.U., Wassmann R., Lantin R.S., Aduna J.B., Bronson K.F. A sampling technique for the determination of dissolved methane in soil solution // Chemosphere. 2000. V. 2. P. 57-63.

64. Amaral J.A., Ren Т., Knowles R. Atmospheric methane consumption by forest soils and extracted bacteria at different pH values // Appl. and Environm. Microbiol. 1998. V. 64. P. 2397-2402.

65. Ambus P., Christensen S. Spatial and seasonal nitrous-oxide and methane fluxes in Danish forestecosystems, grassland-ecosystems, and agroecosystems // J. Environ. Qual. 1995. V. 24. P. 993-1001.

66. Anderson J.P., Post W.M., Kwon K.C. Soil carbon sequestration and land -use change: processes and potential // Global change biology. 2000. V. 6. P. 77-82.

67. Asakawa S., Hayano K. Populations of methanogenic bacteria in paddy field soil under double cropping conditions (Rice-Wheat) // Biol, and Fert. Soils. 1995. V. 20. P. 113-117.

68. Bender M., Conrad R. Kinetics of CH4 oxidation in oxic soils exposed to ambient air or high CH4 mixing ratios // FEMS Microbiol. Ecol. 1992. V. 101. P. 261-270.

69. Bergman I., Lundberg P., Nilsson M. Microbial carbon mineralization in a acid surface peat: Effects of environmental factors in laboratory incubations //SoilBiol. andBiochem. 1999. V. 31. P. 1867-1877.

70. Blackmer A.M., Robbins S.G., Bremer J.M. Diurnal variability in rate of emission of nitrous oxide from soils // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1982. V. 46. P. 937-942.

71. Boecks P., Van Cleemput O., Villaralvo I. Methane oxidation in soils with different textures and land use // Nutrient Cycl. in Agroecosystems. 1997. V. 49. P. 91-95.

72. Bodelier P.L.E., Frenzel P. Contribution of methanotrophic and nitrifying bacteria to CH4 and NH4 oxidation in the rhizosphere of rice plants as determined by new methods of discrimination // Appl. Envirom. Microbiol. 1999. V. 65. P. 1826-1833.

73. Bosse U., Frenzel P. Activity and distribution of methane-oxidizing bacteria in flooded rice soil microcosms and in rice plants (Oryza sativa) // Appl. And Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 1199-1207.

74. Bouwman A.F. Exchange of greenhouse gases between terrestrial ecosystems and the atznosphere. Soils and the greenhouse effect A.F.Bouwman (Ed.). Chichester. John Wiley & Sons Ltd. 1990. P. 61-113.

75. Bremner J.M., Blackmer A.M. Terrestrial nitrification as a source of atmospheric nitrous oxide. Ed. C.C. Delwiche Denitrification, nitrification and atmospheric N20. John Wiley and Sons Ltd., Chichester. 1981. P. 151170.

76. Bronson K.F., Mosier A.R. Suppression of methane oxidation in aerobic soil by nitrogen fertilizers; nitrification inhibitors; and urease inhibitors // Biol, and Fert. Soils. 1994. V. 17. P. 263-268.

77. Bronson K.F., Neue N.U., Singh U., Abao E.B. Automated chamber measurement of methane and nitrous oxide flux in a flooded rice soil. I. Residue, nitrogen, and water management // Soil Sci. Soc. Amer. J. 1997. V. 61. P. 981-987.

78. Castro M.S., Peterjohn W.T., Melillo J.M., Gholz H.L., Lewis D. Effects of nitrogen fertilization on the fluxes of N20, CH4, and C02 from soils in a Florida slash pine plantation // Can. J. For. Res. 1994. V. 24. P. 9-13.

79. Castro M.S., Steudler P.A., Melillo J.M., Aber J.D., Bowden R.D. Factors controlling atmospheric methane consumption by temperate forest soils // Global Biogeochem. Cycles. 1995. V. 9. P. 1-10.

80. Chan A.S.K., Parkin T.B. Effect of land use on methane flux from soil // J. Environm. Qual. 2001. V. 30. P.786-797.

81. Chidthaisong A., Conrad R. Turnover of glucose and acetate coupled to reduction of nitrate, ferric iron and sulfate and to methanogenesis in anoxic ricefield soil // FEMS Microbiol. Ecol. 2000. V. 31. P. 73-76.

82. Conrad R. Soil microbial processes involved in production and consumption of atmospheric trace gases // Adv. Microbiol. Ecol. 1995. V. 14. P. 207-251.

83. Crill P.M., Martikainen P.J., Nykanen H., Silvola J. Temperature and N fertilization effects on methane oxidation in a drained peatland soil // Soil Biol, and Biochem. 1994. V. 26. P. 1331-1339.

84. Czepiel P.M., Crill P.M., Harriss R.C. Environmental factors influencing the variability of methane oxidation in temperate zone soils // J. Geophys. Res. Atmos. 1995. V. 100. P. 9359-9364.

85. Denier van der Gon H.A.C., van Breemen N., Neue H.U., Lantin R.S., Aduna J.B., Alberto M.C.R., Wassmann R. Release of entrapped methane from wetland ricefields upon soil drying // Global Biogeochem. Cycles. 1996. V. 10. P. 1-9.

86. Dise N.B. Winter fluxes of methane from Minnesota peatlands // Biogeochemistry. 1992. V. 17. P. 71-83.

87. Dunfield P., Knowles R. Kinetic of inhibition of methane oxidation by nitrate, nitrite, and ammonium in a humisol // Appl. and Environm. Microbiol. 1995. V. 61. P. 3125-3135.

88. Dunfield P., Knowles R., Dumont R., Moore T.R. Methane production and consumption in temperate and subarctic peat soils response to temperature and pH // Soil Biol, and Biochem. 1993. V. 25. P. 321-326.

89. Fetzer S., Bak F., Conrad R. Sensitivity of methanogenic bacteria from paddy soil to oxygen and desiccation // FEMS Microbiol. Ecol. 1993. V. 12. P. 107-115.

90. Frenzel P., Bosse U., Janssen P.H. Rice roots and methanogenesis in a paddy soil: ferric iron as an alternative electron acceptor in the rooted soil // Soil Biol, and Biochem. 1999. V. 31. P. 421-430.

91. Garcia J.L., Patel B.K.C., Ollivier B. Taxonomic, phylogenetic, and ecological diversity of methanogenic Archae // Anaerobe. 2000. V. 6. P. 205-226.

92. Hansen B.W., Maehlum J.E., Bakken L.R. N20 and CH4 fluxes in soil influenced by fertilization and tracer traffic // Soil Biol, and Biochem. 1993. V. 25. P. 621-630.

93. Hanson R.S., Hanson Т.Е. Methanotrophic bacteria // Microbiol. Rev. 1996. V. 60. P. 439-471.

94. Henckel Т., Jackel U., Schnell S., Conrad R. Molecular analyses of novel methanotrophic communities in forest soil that oxidize atmospheric methane // Appl. and Environ. Microbiol. 2000. V. 66. P. 1801-1808.

95. Holmes A.J., Roslev P., McDonald I.R., Iversen N., Henriksen K., Murrell J.C. Characterization of methanotrophic bacterial populations insoils showing atmospheric methane uptake 11 Appl. and Environ. Microbiol. 1999. V. 65. P. 3312-3318.

96. Htitsch B.W. Methane oxidation in arable soils as inhibited by ammonium, nitrite, and organic manure with respect to soil pH // Biol, and Fert. Soils. 1998. V. 28. P. 27-35.

97. Hiitsch B.W. Tillage and land use effect on methane oxidation rates and their vertical profiles in soil // Soil Biol, and Biochem. 1998. V. 27. P. 284-292.

98. Hiitsch B.W., Webster C.P., Powlson D.S. Long term effects of nitrogen fertilization on methane oxidation in soil of the Broadbalk wheat experiment// Soil Biol, and Biochem. 1993. V. 25. P. 1307-1315.

99. Hiitsch B.W., Webster C.P., Powlson D.S. Methane oxidation in soil as affected by land use, pH, and N fertilization // Soil Biol, and Biochem. 1994. V. 26. P. 1613-1622.

100. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Emissions Scenarios, Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change // Cambridge University Press, UK, 2000 available at: http://www.ipcc.ch/pub/pub.htm.

101. Jones H.A., Nedwell D.B. Methane emission and methane oxidation in landfill cover soil // FEMS Microbiol. Ecol. 1993. V. 102. P. 185-195.

102. Joulian C., Escoffier S., Le Mer J., Neue H.U., Roger P.A. Populations and potential activities of methanogens and methanotrophs in ricefields: relations with soil properties // Eur. J. Soil Biol. 1997. V. 33. P. 105-116.

103. Jusujinda A., Delaune R.D., Lindau C.W. Influence of nitrate on methane production and oxidation in flooded soil // Commun. Soil Sci. and Plant Anal. 1995. V. 26. P. 2449-2459.

104. Keller M., Goreau T.J., Wofsy S.C., Kaplan W.A., McElroy M.B. Production of nitrous oxide and consumption of methane by forest soils // Geophys. Res. Lett. 1983. V. 10. P. 1156-1159.

105. Khalil M.A.K., Rasmussen R.A. Global emissions of methane during the last several centuries // Chemosphere. 1994. V. 29. P. 833-842.

106. Kightley D., Nedwell D.B., Cooper M. Capacity for methane oxidation in landfill cover soils measured in laboratory-scale soil microcosms // Appl. and Environ. Microbiol. 1995. V. 61. P. 592-601.

107. King G.M., Adamsen A.P.S. Effects of temperature on methane consumption in a forest soil and in pure cultures of the methanotroph Methylomonas rubra // Appl. and Environ. Microbiol. 1992. V. 59. P. 27582763.

108. Klinger L.F., Zimmerman P.R., Greenberg J.P., Heidt L.E., Guenther A.B. Carbon trace gas fluxes along a successional gradient in the Hudson-Bay lowland // J. Geophys. Res. Atmos. 1994. V. 99. P. 1469-1494.

109. Kruse C.W., Iversen N. Effect of plant succession, ploughing, and fertilization on the microbiological oxidation of atmospheric methane in a heathland soil // FEMS Microbiol. Ecol. 1995. V. 18. P. 121 128.

110. Le Mer J., Escoffier S., Chessel C., Roger P.A. Microbiological aspects of methane emission by a ricefield soil from Camargue (France): 2. Methanotrophy and related microflora // Eur. J. Soil Biol. 1996. V. 32. P. 71-80.

111. Le Mer J., Roger P. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A revew // Eur. J. Soil Biology. 2001. V. 37. P.25-50.

112. Lessard R., Rochette P., Topp E., Pattey E. Desjardins R.L., Beaumont G. Methane and carbon dioxide fluxes from poorly drained adjacent cultivated and forest sites // Can. J. Soil Sci. 1994. V. 74. P. 139— 146.

113. Lubina S., Kromka M., Dobrotova M., Toth D. Effect of Nitrate and Thiosulfate Concentration on the Denitrification Activity of Bacterial isolates. Folia Microbial. 41 (6). P.510-512. 1996.

114. Mac Donald I.R., Hall G.H., Pickup R.W., Murrell J.C. Methane oxidation potential and preliminary analysis of methanotrophs in blanketbog peat using molecular ecology techniques // FEMS Microbiol. Ecol. 1996. V.21.P. 197-211.

115. Maljanen M., Martikainen P.J., Aaltonen H., Silvola J. Short-term variation in fluxes of carbon dioxide, nitrous oxide and methane in cultivated and forested organic boreal soils // Soil Biol, and Biochem 2002. V. 34. P. 577-584.

116. Mayer H.P., Conrad R. Factors influencing the population of methanogenic bacteria and the initiation of methane production upon flooding of paddy soil // FEMS Microbiol. Ecol. 1990. V. 73. P. 103-112

117. Michael J.W. Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane // Chem. Geol. 1999. V. 161. P. 291314.

118. Milich L. The role of methane in global warming: where might mitigation strategies be focused? // Global Environ. Change. 1999. V. 9. P. 179-201.

119. Mishra S.R., Bharati K., Sethunathan N., Adhya Т.К. Effects of heavy metals on methane production in tropical rice soils // Ecotoxicol. Environ. Saf. 1999. V. 44. P. 129-136.

120. Moore T.R., Dalva M. The influence of temperature and water-table position on carbon-dioxide and methane emissions from laboratory columns of peatland soils // J. Soil Sci. 1993. V. 44. P. 651-664.

121. Neue H.U., Lantin R.S., Wassmann R., Aduna J.B., Alberto M.C.R., Andales M.J.F. Methane emission // Eur. J. Soil Biol. 2001. V. 37. P. 25-50.

122. Oades J.M. The retention of organic matter in soils // Biogeochemistry. 1988. V. 5. P. 35-70.

123. Ojima D.S., Valentine D.W., Mosier A.R., Parton W.J., Schimel D.S. Effect of land use change on methane oxidation in temperate forest and grassland soils // Chemosphere. 1993. V. 26. P. 675-685.

124. Oremland R.S., Culbertson C.W. Importance of methane-oxidizing bacteria in the methane budget as revealed by the use of a specific inhibitor //Nature. 1992. V. 356. P. 421-423.

125. Park M., Komarneni S. Ammonium-Nitrate Occlusion vs. Nitrate Ion-Exchange in Natural Zeolites // Soil science society of America Journal. 1998. V. 62. P. 1455-1459.

126. Parkin Т., Kaspar T.S. temperature controls on diurnal carbon dioxide flux: implications for estimating soil carbon loss // Soil Sci. Soc. Amer. J. 2003. V. 67. P. 1763-1772.

127. Prieme A. Production and emission of methane in a brackish and a fresh-water wetland // Soil Biol, and Biochem. 1994. V. 26. P. 7-18.

128. Roslev P., Iversen N. Henriksen K. Oxidation and assimilation of atmospheric methane by soil methane oxidizers // Appl. and Environm. Microbiol. 1997. V. 63. P. 874-880.

129. Roslev P., King G.M. Aerobic and anaerobic starvation metabolism in methanotrophic bacteria // Appl. and Environ. Microbiol. 1997. V. 61. P. 1563-1570.

130. Roslev P., King G.M. Survival and recovery of methanotrophic bacteria starved under oxic and anoxic conditions // Appl. and Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 2602-2608.

131. Sass R.L., Fisher F.M., Harcombe P.A., Turner F.T. Methane production and emission in a Texas rice field // Global Biochem. Cycles. 1990. V. 4. P. 47-68.

132. Sass R.L., Fisher F.M., Lewis S.T., Jund M.F., Turner F.T. Methane emissions from ricefields: effect of soil properties // Global Biogeochem. Cycles. 1994. V. 8. P. 135-140.

133. Schnell S., King G.M. Mechanistic analysis of ammonium inhibition of atmospheric methane consumption in forest soils // Appl. and Environm. Microbiol. 1994. V. 60. P. 3514-3521.

134. Schnell S., King G.M. Responses of methanotrophic activity in soils and cultures to water stress // Appl. and Environm. Microbiol. 1996. V. 62. P. 3203-3209.

135. Singh S., Singh J.S., Kashyap A.K. Methane consumption by soils of dryland rice agriculture: influence of varieties and N-fertilization // Chemosphere. 1999. V. 38. P. 175-189.

136. Sitaula B.K., Bakken L.R., Abrahamsen G. CH4 uptake by temperate forest soil effect of N input and soil acidification // Soil Biol, and Biochem. 1995. V. 27. P. 871-880.

137. Sitaula B.K., Hansen S., Sitaula J.I.B., Bakken L.R. Methane oxidation potentials and fluxes in agricultural soil: Effects of fertilization and soil compaction // Biogeochemistry. 2000. V. 48. P. 323-339.

138. Steudler P.A., Bowden R.D., Melillo J.M. Aber J.D. Influence of nitrogen fertilization on methane uptake in temperate forest soil // Nature. 1989. V. 341. P. 314-316.

139. Tiedje J.M. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium. / Eds. A.J.B. Zehnder. Biology of anaerobic microorganisms. John Wiley and Sons Ltd., New York. 1988. P. 179-244.

140. Tlustos P., Willison T.W., Baker J.C., Murphy D.V., Pavlikova D., Goulding K.W.T., Powlson D.S. Short-term effects of nitrogen on methane oxidation in soils // Biol, and Fert. Soils. 1998. V. 28. P. 64-70.

141. Topp E., Pattey E. Soils as sources and sinks for atmospheric methane // Can. J. Soil Sci. 1997. V. 77. P. 167-178.

142. Van den Pol, Van Dasselaar A., Oenemaa O. Methane production and carbon mineralisation of size and density fractions of peat soils // Soil Biol, and Biochem. 1999. V. 31. P. 877-886.

143. Wagnera D.M., Pfeiffera E., Mand E., Bockb E. Methane production in aerated marshland and model soils: effects of microflora and soil texture // Soil Biol, and Biochem. 1999. V. 31. P. 999-1006.

144. Wang В., Neue H.U., Samonte H.P. Factors controlling diel patterns of methane emission pattern via rice plants // Nutr. Cycling in Agroecosyst. 1999. V. 53. P. 229-235.

145. Wang F.L., Bettany J.R. Methane emission from a usually well-drained prairie soil after snowmelt and precipitation // Can. J. Soil Sci. 1995. V. 75. P. 239-241.

146. Wang Z.P., Lindau C.W., Delaune R.D., Patrick W.H. Methane emission and entrapment in flooded rice soils as affected by soil properties // Biol, and Fert. Soils. 1993. V. 16. P. 163-168.

147. Weier K.L. N20 and CH4 emission and CH4 consumption in a sugarcane soil after variation in nitrogen and water application // Soil Biol. andBiochem. 1999. V. 31. P. 1931-1941.

148. West A.E., Schmidt S.K. Acetate stimulates atmospheric CH4 oxidation by an alpine tundra soil // Soil Biol, and Biochem. 1999. V. 31. P. 1649-1655.

149. Whalen S.C. Influence of N and non-N salts on atmospheric methane oxidation by upland boreal forest and tundra soils // Biol. Fertil. Soils. 2000. N.31. P.279-287.

150. Willison T.W., O'Flaherty M.S., Tlustos P., Goulding K.W.T., Powlson D.S. Variation in microbial populations in soils with different methane uptake rates // Nutrient Cycl. in Agroecosystems. 1997. V. 49. P. 85-90.

151. Willison T.W., Webster C.P., Goulding K.W.T., Powlson D.S. Methane oxidation in temperate soils: Effect of land use and the chemical form of nitrogen fertilizer // Chemosphere. 1995. V. 30. P. 539-546.

152. Yagi К., Chairoj P., Tsuruta H., Cholitkul W., Minami K. Methane emission from rice paddy fields in the central plain of Thailand // Soil Sci. and Plant Nutr. 1994. V. 40. P. (29-37.

153. Yawitt J.B.D., Downey D.M., Lang G.E., Sexstone A.J. Methane consumption in two temperate forest soils// Biogeochemistry. 1990. V. 9. P. 39-52.