Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микробиологические процессы образования и поглощения парниковых газов в осушенных торфяных почвах

ВАК РФ 03.02.03, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Микробиологические процессы образования и поглощения парниковых газов в осушенных торфяных почвах"

На правах рукописи

Поздняков Лев Анатольевич

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ОСУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ

Специальность 03.02.03 - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

4844320

2 1 АПР 2011

Москва-2011

4844320

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

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Алексей Львович Степанов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Надежда Дмитриевна Ананьева

кандидат биологических наук, доцент Александр Петрович Шваров

Ведущее учреждение: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени КА.Тимирязева (РГАУ - МСХА)

Защита диссертации состоится 26 апреля 2011 года в 15:30 в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.002.13 в МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу. 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, корп. 12, факультет Почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан « »_2011 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу. 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, корп. 12, факультет Почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор биологических наук,

профессор

Актуальность темы. Углерод заболоченных и переувлажненных территорий составляет 12-15% от общих запасов педосферы - третьего по значимости резервуара после мирового океана и литосферы. Не менее трети мировых запасов торфа находится на территории России (Тюремнов, 1949; 1976).

Ненарушенные функционирующие торфяники являются естественным стоком для атмосферного углерода. Осушенный торфяник, оказавшийся в аэробных условиях, начинает разлагаться. Его мощность уменьшается со скоростью до 0,5 см в год (Скоропанов, 1969; Скрынникова, 1961). Поток углерода в атмосферу после осушения достигает величин на порядок превосходящих темпы его аккумуляции, то есть осушение всего 9-10% торфяных болот полностью нивелирует положительный эффект связывания атмосферного углекислого газа. В то же время в осушенных торфяниках резко снижается интенсивность метаногенеза, растет интенсивность аэробного поглощения метана микроорганизмами (Bouwman, 1990; Заварзин, 1993,2001).

Аэробное окисление метана не является единственным путем поглощения этого парникового газа микроорганизмами. Последние десятилетия ведутся интенсивные исследования процесса анаэробного окисления метана за счет таких окислителей как сульфаты, нитраты, нитриты и т.д. Абсолютное большинство работ, однако, проведено на примере водных местообитаний. Предполагается, что микроорганизмами донных отложений Мирового океана анаэробно окисляют от 75 до 300 Тг СН4 в год (Hinrichs, 2002). Эти значения не только многократно превосходят интенсивность итогового поступления метана из океана в атмосферу (около 10-15 Тг/год), но и оказываются сопоставимы с общей его эмиссией (около 500-600 Тг/год) (IPCC Report, 2001). Тем не менее, попыток оценить значение анаэробного окисления в наземных экосистемах, в том числе и в почвах, пока не предпринималось.

Цель работы - оценка интенсивности и пространственного распределения скоростей процессов образования углекислого газа, метана, денитрификации (основной источник N2O), аэробного и анаэробного окисления метана в окультуренных эутрофных торфяных почвах.

Задачи исследования:

• Оценить изменение величин образования и поглощения парниковых газов в процессе антропогенной трансформации торфяных почв.

• Определить возможность протекания и интенсивность анаэробного окисления метана в торфяных почвах.

• Изучить комплекс анаэробных метанотрофов в почвах.

• Разработать способ экспресс-оценки пространственного распределения скоростей образования парниковых газов в осушенных торфяных почвах.

Научная новизна. Установлена возможность протекания процесса анаэробного окисления метана в наземных экосистемах, в частности, в осушенных торфяных и в автоморфных дерново-подзолистых почвах. За счет высокой гетерогенности почвы, как среды обитания микроорганизмов, процесс протекает одновременно с образованием метана и его аэробным окислением. При этом образование и анаэробное окисление метана, протекающие в сходных условиях анаэробных микролокусов, наиболее тесно сопряжены. Показана однозначная и тесная связь между скоростями микробиологического образования СОз, N20 и СН4 и свойствами торфяной почвы, в особенности с зольностью. Интенсивности первых двух процессов связаны с удельным электрическим сопротивлением почвы (опосредованно через зольность), что впервые показано в рамках данной работы. Продемонстрирована трансформация вида этой зависимости в процессе освоения торфяных почв, что вызвано деятельностью микроорганизмов, преобразующих (истощающих) собственную среду обитания.

Сформулированные в диссертации положения и полученные результаты исследования позволяют расширить представления о двусторонних взаимосвязях между микробиологическими процессами и почвенными физико-химическими свойствами. Предложено скорректировать традиционную схему баланса метана в наземных экосистемах, включив в нее в качестве самостоятельного члена анаэробное окисление метана. В настоящее время, как известно, эта схема предусматривает только образование метана в анаэробных условиях, а поглощение - только в аэробных.

Практическая значимость. Предложена новая область применения электрофизических методов в почвоведении, а именно - оценка с их помощью скоростей образования таких парниковых газов как СО2 и N20. Использование этих методов в сочетании с классическими методами газовой хроматографии позволяют заметно снизить затраты времени и сил на обследование обширных территорий. Кроме того, полученные представления о взаимосвязях химических, физических и биологических свойств торфяных почв, а также их трансформации после осушения, позволят с большей точностью говорить о стадии эволюции почвы и предлагать способы ее возможного использования для минимизации потерь органического вещества и эмиссии парниковых газов.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на V съезде Всероссийского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008), международной научно-практической конференции «Осушительная мелиорация в нечерноземной зоне РФ: состояние и прогноз» (Тверь, 2009), V международной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы» (Пущино, 2009), а также на

российско-китайском семинаре «Transformation of hydrocarbons by soil microorganisms: ecological and applied aspects» (Москва, 2010).

Ряд направлений работы выполнялись в рамках Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии на 2006-2010 гг по заданию 03.03 «Разработать адаптивные агротехнологии рационального использования осушаемых земель с целью воспроизводства плодородия почв, повышения продуктивности и экологической устойчивости агроландшафтов гумидной зоны» и гранта РФФИ: «Биосферно-ландшафтные функции торфяных болот при антропогенных нагрузках. 07-04-00246-а».

Публикации. Материалы диссертации изложены в 15 публикациях, из них 4 статьи в реферируемых журналах из списка ВАК.

Объем работы. Диссертация изложена на № страницах, состоит из .¡1 глав, сопровождается иллюстрациями и ¿! таблицами. Список литературы включает V/

наименовании, из которых на иностранном языке.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю проф. А.Л. Степанову, сотрудникам кафедры биологии почв, в особенности Н.А. Манучаровой, сотрудникам ИНМИ И.К. Кравченко и JI.E. Дулову, а также сотрудникам ДФ ВНИИМЗ, кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ и кафедры почвоведения и экологии почв биолого-почвенного факультета СПбГУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Литературный обзор состояния вопроса

Дан подробный обзор экологии, физиологии, биохимии и таксономической принадлежности микроорганизмов, отвечающих за основные процессы образования и поглощения парниковых газов в почве. Большое внимание уделено процессу анаэробного окисления метана в водных экосистемах. К настоящему моменту установлено, что он имеет полностью биологическую природу, и доказано существование по меньшей мере двух его типов: сопряженного с сульфатредукцией и с денитрификацией. Первый процесс изучен более полно, относительно второго пока имеется лишь несколько работ. Сочетая изотопные и молекулярные методы, удалось установить, что он проводится консорциумом архей и эубактерий-сульфатредукторов, причем археи предположительно используют для окисления метана ферменты метаногенеза, катализирующие не прямые, а обратные реакции.

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

Работа проводилась на торфяных низинных хорошо окультуренных почвах поймы (долины) р. Яхромы в Дмитровском районе Московской области. Исследовались почвы двух стационаров ДФ ВНИИМЗ: «Ближний», где осушение ведется с 1914 года; и «Дальний», интенсивно мелиорированный в 1961-1965 годах. Таким образом, эти участки представляют собой примеры двух разновременных стадий эволюции торфяных почв после мелиорации. На участке «Ближний» количество точек опробования составляло 27, на участке «Дальний» -11, образцы отбирались с ОРБ-привязкой из пахотного горизонта, а также из не затронутых современным почвообразованием слоев на глубине 60-80 см.

Рис. 1. Карта стационаров ДФ ВНИИМЗ с указанием расположения точек опробования. Почвенные контуры: I, 1са, iFe - торфоземы на разнотравно гипновом и гипновом торфе, в некоторых случаях с обогащением карбонатами и карбонатно-железистыми отложениями; II - торфоземы, развитые на древесном торфе, подстилаемые залежью травяного, осокового торфа; III - торфоземы, развитые на мощной древесной торфяной залежи; IVa, IVat - торфоземы агроминеральные.

Концентрацию метана определяли на хроматографе СЬгош-41 с пламенно-ионизационным детектором. Наполнитель колонки — ЭрИегозН, газ-носитель - аргон. Закись азота определяли на хроматографе модели 3700/4 завода «Хроматограф», с детектором по теплопроводности (катарометром) на колонке с адсорбентом Полисорб-1. В качестве газа-носителя служил гелий. Содержание кислорода измерялась на хроматографе Кристалл 5000.1 с детектором по теплопроводности. Объем анализируемой пробы во всех случаях составлял 0,5 см3.

Производились измерения отклика поглощения метана на внесение в почву акцептора электрона. Использовали КЫОз и Ыаг504, для которых была доказана возможность использования анаэробными метанотрофами. Инкубация образцов почвы массой 3 г производилась во флаконах объемом 15 мл. Количество добавляемого КЫОз составляло 0,4 мг/г, как и по стандартной методике определения денитрификации ацетиленовым методом. Сульфат натрия вносили в эквивалентном количестве 0,3 мг/г, полагая, что он будет восстановлен до сульфида, что характерно для родственных анаэробным метанотрофам организмов. При добавлении хлорида аммония его количество составляло 0,21 мг/г, глюкозы - 2,5 мг/г. Почва насыщалась водой до полной влагоемкости, флакон продувался аргоном в течение минуты, затем в него вводили 1 мл ацетилена - ингибитора ММО, блокирующего также восстановление ЫгО. Концентрация метана, создаваемая в газовой фазе флакона, составляла 600-900 ррш. «Начальное» содержание метана измерялось через сутки после внесения субстратов, конечное - через четверо суток инкубации при комнатной температуре.

Табл. 1. Описание использованных нуклеотидных зондов

Зонд Целевая группа Целевой Нуклеашдная последовательность Форма NaCI, Ссылка

организмов участок 16SpPHK зонда í5'-3') МИД, %■ мМ"

EUB3381 EUB338II EUB338U1 Bacteria Bacteria (Planctomycetales) Bacteria (Vemicomicrobialcs) 338-355 ОСТ GCC ТСС CGT AGG ACT GCAGCCACCCGTAGGTGT GCT GCC ACC CGT AGG TGT 20 225 Amann et al, 1990

ARCH9I5 915-934 GTG CTC CCC CCC CAA TTC CT Stahl et al., 1991

ARC344 Archaca 344-363 TCG CGC CTG CTG CIC CCC GT 30 112 Raskin et al., 1994

* - концентрация формамида в гибридизационном буфере

6 - концентрация ЫаС1 в буфере для промывки

Образцы дерново-подзолистой почвы с добавлением нитрата и сульфата, прошедшие инкубацию по описанной выше методике, а также контрольный образец, подвергшийся перед инкубацией только увлажнению, были изучены методом FISH. Для гибридизации использовался набор рРНК-специфичных олигонуклеотидных зондов, разработанных ранее для детекции представителей доменов Bacteria и Archaea (табл. 1). Синтез зондов, меченных флуоресцентным красителем СуЗ, осуществлялся компанией Синтол (Москва, Россия). Подробно методика описана в тексте диссертации. Препараты анализировали с использованием люминесцентного микроскопа Zeiss Mikroskop Axioskop 2 plus. Численность целевых популяций микроорганизмов в образцах определяли путем учета количества гибридизованных с зондами клеток в 80 полях зрения микроскопа на одной ячейке с последующим пересчётом на 1 г почвы.

Для измерений поглощения метана радиоизотопным методом во флакон с почвенным образцом с помощью микрошприца вносили 50 мкл раствора 14CHi (3 мкКю) и инкубировали при комнатной температуре в течение 48 часов. Затем пробу фиксировали 1 мл 2н раствора КОН и хранили при -18°С до анализа. Разделение и анализ образовавшихся 14С-продуктов проводились согласно (Гальченко и др., 2001). Меченая углекислота отгонялась в течение 1 часа в системе для отгонки с обратным холодильником в токе аргона при слабом кипячении. 14СОг улавливалась ловушками с 10% раствором 2-фенилаланина в толуольной сцинциляционной жидкости ЖС-106 (Монокристалл, Украина). После удаления летучих продуктов определяли включение |4С в органическое вещество, используя метод «мокрого» сжигания до |4С02 в присутствии K2S3O8 при 105°С. Радиоактивность определялась на жидкостном сцинцилляционном счетчике RackBeta 1219 (LKB, Швеция).

Удельное электрическое сопротивление измеряли прибором Landmapper ERM-02 (США-Россия). В лаборатории для анализа образцов применяли пластиковые кюветы со встроенными медньми электродами. В полевых условиях использовали прямолинейную симметричную четырехэлектродную установку AMNB со стальными электродами, расположенными на пластиковой раме в 30 см друг от друга; измеренное таким образом с поверхности почвы электрическое сопротивление отражает усредненные свойства 30-сантиметровой толщи пахотного горизонта.

Составление карт распределения величин велось при помощи программы Surfer 8.0 с методом интерполяции Kriging. Статистическая обработка результатов производилась с помощью программы Statistica 6.0. Привязка точек отбора образцов осуществлялась GPS-приемником Garmin-72.

В диссертации дана общая характеристика почв Яхромской поймы, которая использовалась при анализе основного материала. Она включала морфологическое описание

эутрофных торфоземов на древесных, древесно-разнотравных и гипновых торфах, данные по зольности, степени разложения, ЕКО, содержанию органики. 1\Гвал; КгО; Р2О5 и др., полученные совместно с сотрудниками ДФ ВНИИМЗ, кафедр физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ и СПбГУ.

ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение

Пространственное распределение и варьирование скоростей образования парниковых газов в почвах Яхромской поймы.

Пространственное распределение таких свойств торфяных почв, как содержание Сорг, ЕКО, зольность, гидролитическая кислотность и ряд других, подчиняется подразделению поймы на прирусловой, притеррасный и центральный участки (Рис. 1, 2). Распределение величин потенциальной продукции СОт почвой также соответствуют этому делению (Рис. 3).

%

Рис. 2. Распределение содержания углерода (А); ЕКО (Б); зольности (В) и гидролитической кислотности (Г) в пахотном горизонте торфяных почв стационара «Ближний» после 95-100-летнего сельскохозяйственного использования.

кв/100 160

120 80 40

ЕКО, ммоль-:

Содержание зольных элементов, %

Доля обменного водорода в ППК.

В целом, образование диоксида углерода в пахотном и подпахотном горизонтах торфяных почв участка «Ближний» Яхромской поймы менялось довольно значительно, от 315 до 926 мкмоль СОг/г почвы в сутки. Наибольшие значения достигались в центральной части поймы, где почва все еще богата слаборазложенной органикой, а при приближении к руслу реки и притеррасной части поймы, где торф переслаивается минеральными наносами, рассматриваемый показатель снижался в 2 и более раз. Статистический анализ показал, что именно содержание минеральных веществ (зольность), является тем фактором, который оказывает наибольшее влияние на варьирование величин образования С02. Тем же закономерностям подчиняется распределение активности процесса денитрификации, изменяющейся в еще более широких пределах - от 40 до 220 нмоль ЫгО/г в сутки (Рис. 3).

Продукция С02 мкмоль/г в суг г 1000

Денитрификация нмоль NiO/r в суг

N валовый. % на абс. сух. почву

Продукция СН4 нмоль/г в сут

Рис. 3. Распределение потенциальных скоростей продукции СО2, N2O, СН4 и содержания валового азота в пахотных горизонтах торфяных почв стационара «Ближний».

Потенциальная эмиссия метана из пахотного и подпахотного горизонтов торфяных почв колебалась от 0,646 до 1,385 нмоль СНд/г в сутки, принципиально не различаясь для глубин 0-30 и 50-80 см. Однако эмиссия определялась не положением на прирусловой,

10

притерраснои или центральной частях поймы, а положением точки на квартале, то есть поле, отличающимся типом землепользования и способом осушения (Рис. 3). Можно сделать вывод о минимальной зависимости метаногенеза от таких относительно инертных свойств торфа как зольность или ботанический состав, в отличие от скоростей образования СОг.

Анаэробное окисление метана в почвах.

Наряду с очевидными изменениями в водно-воздушном режиме после осушения, на Яхромской пойме изменилось и содержание валового азота из-за интенсивного использования минеральных удобрений. Участки, различающиеся по этому показателю, также принимают не поперечную, а продольную форму (Рис. 3, Г). При этом рост содержания азота сопровождается снижением образования метана. Это заставило нас обратиться к исследованию анаэробного окисления метана (АОМ) с помощью нитратов, возможность которого была показана на других объектах несколько лет назад в работах А.Рагхёбарсинг с коллегами ({^ЬоеЬагагщ, 2006).

Для оценки возможности анаэробного окисления метана нами производились измерения отклика поглощения метана на внесение в почву акцептора электрона. В качестве таковых известных акцепторов использовали К1ЧОз и N82804. Все исследования проводились в присутствии ацетилена - ингибитора метанмонооксигеназы, что исключало протекание окисления метана по аэробному пути (Гвоздев, 1987).

-ш- контроль

-♦-KN03 -о- Na,S04

2 4 6 2 4 6

Сутки

Рис. 4. Изменения содержания метана в процессе инкубации на примере двух образцов исследуемых почв.

Было обнаружено более быстрое поглощение метана в образцах с добавлением нитратов и сульфатов, чем в контроле. Наиболее ярко различия проявлялись обычно к 4-6 суткам (Рис. 4). Поэтому в дальнейшем исходное содержание метана измерялось нами через сутки после внесения субстратов, конечное - через четверо суток инкубации.

Интенсивность поглощения метана возрастала при добавлении нитратов и сульфатов на треть (Рис. 5, А). Можно выдвинуть следующие объяснения данного прироста, помимо стимулирования анаэробных метанотрофов акцепторами электрона. Это стимулирование их улучшением условий минерального питания; увеличение соокисления метана при росте анаэробов на иных субстратах; или же активность обыкновенных аэробных метанотрофов, использующих остаточный кислород во флаконах.

X

и

□ контроль

□ NH4C!

□ KN03 Na2SQj

Рис. 5. Эффект добавления акцепторов электрона на поглощение метана в анаэробных условиях торфяной почвой. А - без внесения глюкозы, Б - с внесением глюкозы.

Активность аэробных метанотрофов мы считаем возможным исключить. Введение нами во флаконы ацетилена, являющегося ингибитором обеих форм метанмонооксигеназы, позволяет ожидать полного их подавления (Prior, 1985; Гвоздев, 1987; Kravchenko, 2002; Streese-Kleeberg, 2009). Ферментный комплекс аэробных метанотрофов полностью и необратимо разрушается под действием ацетилена, и активность этих организмов отчасти восстанавливается в лишь течение нескольких суток после удаления газа (Miller, 1998). В то же время известно, что анаэробные метанотрофы используют иную ферментную систему, не подверженную воздействию ацетилена (Ettwig, 2008; Hallam, 2004).

Оценка остаточной концентрации кислорода также свидетельствует о невозможности протекания аэробного окисления метана даже в гипотетических микрозонах, куда мог не продиффундировать ацетилен. Оптимум для аэробных метанотрофов составляет от 15 до 45% кислорода; при концентрации менее 1% наблюдается подавление развития исследованных в этом отношении культур (Гальченко, 2001). В нашем исследовании содержание кислорода составляло еще меньше - от 0,05 до 0,4%. Наконец, наиболее важен тот факт, что без вытеснения воздуха аргоном и без внесения ацетилена, измеряя обычное аэробное окисление метана, мы не смогли обнаружить значимого прироста окисления, даже наоборот, в ряде случаев наблюдали его снижение. Таким образом, разработанная методика

позволяет оценивать интенсивность именно процесса АОМ, а не тривиального окисления метана за счет остаточной концентрации кислорода.

При добавлении глюкозы в вариантах с внесением нитрата и сульфата прирост поглощения метана оказывался заметно меньшим (Рис. 5, Б). Можно заключить, что поглощение метана проводится именно специфическими автотрофными организмами, конкурирующими с гетеротрофами за акцептор электрона.

и

X

5

Контроль

КМ О ;

___ ........ ... _

1

!

ТШп

№2804

■ со2

□ Биомасса

Рис. 6. Интенсивность включения углерода метана в СОг газовой фазы и микробную биомассу после инкубации в анаэробных условиях.

С помощью радиоизотопного метода мы проследили судьбу меченого по углероду метана после поглощения его почвой из газовой фазы. Схема опыта была аналогична предыдущему. Прежде всего, выяснилось, что включение изотопа МС в микробную биомассу значимо не меняется от добавления акцепторов электрона, зато эффект акцепторов на включение 14С в С02, то есть непосредственно на окисление метана, весьма ярко выражен (Рис. 6).

|.....II 1 "

н-,

4-

1 1 1 1

□ контроль I СН4

20

30

40

50

60

70

нмоль ЫчО/г в сутки Рис. 7. Эффект добавления метана на активность денитрификации.

Кроме того, нами наблюдалось увеличение интенсивности денитрификации при добавлении метана в газовую фазу (Рис. 7). Это еще раз доказывает, что метан является одним из субстратов для денитрификаторов. Наконец, в пользу того, что соединения азота выступают в нашем случае именно как акцептор электрона, говорит то, что вариант опыта с

добавлением восстановленного соединения (ЖЦСГ) не продемонстрировал существенного увеличения поглощения метана.

Таким образом, наиболее вероятное объяснение указанной закономерности -стимулирование анаэробных метанотрофов внесением доступных акцепторов электрона.

А Б

Рис. 8. Эффект добавления акцепторов электрона на поглощение метана в анаэробных условиях дерново-подзолистой почвой. А - без внесения глюкозы, Б - с внесением.

Учитывая отсутствие работ, посвященных анаэробному окислению метана в автоморфных почвах, нами был исследован образец дерново-подзолистой почвы водораздела той же почвенно-климатической зоны. Для него также оказались характерны прирост поглощения метана в анаэробных условиях при добавлении нитратов и сульфатов, нивелирующиеся под действием глюкозы (Рис. 8), а также увеличение денитрификации при введении в газовую фазу метана с 62 до 74 нмоль ^О/г сут. Основные отличия могут быть сведены к следующему: во-первых, выявлено малое поглощение метана в контроле, сопоставимое со значениями, наблюдаемыми в обогащенных минеральными наносами почвах прирусловой части Яхромской поймы. Во-вторых, относительный прирост поглощения метана при добавлении нитратов превышал здесь все аналогичные значения, рассчитанные для торфяных почв, в 2,6 раза. Абсолютный прирост при этом соответствовал средним значениям для торфяных почв. Исходя из вышесказанного, проводящие процесс микроорганизмы присутствуют и в дерново-подзолистых почвах, функционируя в анаэробных зонах агрегатов и окисляя биогенный метан. Однако здесь метан является менее важным субстратом для анаэробов, чем в осушенных торфяных почвах; меньшее число организмов проводят его анаэробное окисление в обычных условиях, значительно увеличивается их активность при устранении лимитирования по азоту. В связи с этим, от дерново-подзолистых почв можно ожидать более резких изменений в структуре микробного сообщества при помещении их в условия, благоприятные для анаэробного окисления метана,

чем от торфяных почв. Отличия сообщества, сформировавшегося после вызванной таким образом сукцессии, будут в большей степени обусловлены развитием анаэробных метанотрофов. Такая сукцессия была нами запущена и изучена методом FISH.

В образцах, инкубировавшихся 4 дня в атмосфере аргона и метана с добавлением нитратов и сульфатов, наблюдалось снижение абсолютной численности учитываемых клеток бактерий в 1,8-3,1 раза по сравнению с контролем при одновременном возрастании численности архей в 2,1-2,5 раза (Рис. 9). Это вызывало изменение в структуре прокариотного сообщества почвы. Если в контроле доля архей не превышала 7%, то в варианте с нитратами она достигала 20%, а в варианте с сульфатами - более 35%.

Численность, 10* клеток/г. почвы

4.0-

Метан и Метан и нитраты сульфаты

21.3% 36,4%

Рис. 9. Изменение численности (вверху) и соотношения бактерий и архей (внизу) в микробном сообществе при добавлении субстратов анаэробного окисления метана.

Наши данные хорошо согласуются с представлениями о структуре микробного комплекса анаэробного окисления метана, сформировавшимся при изучении донных отложений. В состав консорциума, производящего окисление метана при помощи сульфатов, входит в среднем 100 клеток архей групп АЫМЕ и 200 эубактерий-сульфатредукторов (ВоеИив, 2000). При использовании в качестве акцептора электронов нитратов и нитритов соотношение эубактерий к археям оказалось шире и установилось равным 8:1 (Ка§1юеЬагз1гщ, 2006), а через продолжительное время культивации архей оказались вовсе

элиминированы (ЕШущ, 2008). В нашем исследовании в образце с нитратами сохранялась заметно большая популяция эубактерий по сравнению с сульфатами.

Анаэробное окисление метана в почвах Яхромской поймы.

Для определения почвенных факторов, влияющих на анаэробных метанотрофов, нами была произведена оценка пространственного распределения активности этого процесса на участке «Ближний» (Рис. 10). Использовалось два показателя - общее поглощение метана в контроле и отклик почвенного микробного сообщества на внесение нитратов как более значимого акцептора электронов в торфяных почвах.

Рис, 10. Распределение в пахотном горизонте почв участка «Ближний»: А - величин поглощения метана в контроле, Б - прироста поглощения метана при добавлении КЫ03.

Поглощение метана в контроле принимало значения от 6,8 до 35,7 нмоль/г сут (в среднем 18,7 нмоль/г сут), отклик во всех образцах оказался положительным и составил от 0,3 до 8,6 нмоль/г сут (в среднем 3,8 нмоль/г сут). Какой-либо зависимости прироста поглощения метана от контрольных значений для того же образца не выявлено, он составлял относительно контроля от 2,3 до 65,7% (в среднем 26%). Эти величины в осушенных торфяных почвах оказались на несколько порядков меньше, чем данные, полученные по близкой методике для затопленных почв рисовников. 40 мкмоль/г сут в контрольном варианте, 170 мкмоль/г сут при добавлении нитрата калия (Китага5\уату, 2001). Для нескольких неосушенных торфяных почв значение средней скорости анаэробного окисления метана составило 17 нмоль/кг сек, что соответствует около 1,5 мкмоль/г сут (5шето, 2007).

Обнаружено, что наибольших величин оба показателя достигают в центральной пойме, при этом карта образования метана накладывается на карту его анаэробного окисления так, что максимум прироста поглощения метана совпадает с минимумом его эмиссии.

Следовательно, метаногенез и анаэробное окисление метана могут быть сопряжены не только in vitro, но и in situ. Таким образом, измеряя даже в микрокосмах скорость образования метана, мы можем измерять на самом деле некую равнодействующую скоростей метаногенеза и анаэробного окисления новообразованного метана. И если окисляется большая часть метана, а, например, в морских осадках его окисляется до 80-90%, то именно варьирование скоростей анаэробного окисления метана может оказывать определяющее влияние на выделение этого парникового газа из анаэробных зон почвы. Совпадение минимума результирующей эмиссии метана и максимума его поглощения, а также на порядок большая активность окисления метана по сравнению с выделением из почвы, являются косвенными свидетельствами того, что именно так и происходит.

Электрофизические методы оценки скоростей образования и поглощения парниковых газов.

Одним из направлений нашей работы стал поиск доступных и быстрых методов оценки варьирования и распределения величин образования, а также поглощения парниковых газов осушенными торфяными почвами. Для этого нами предлагаются электрофизические методы, в частности - измерения удельного электрического сопротивления, имеющего как лабораторные, так и полевые модификации, что особенно важно.

Согласно как литературным данным, так и нашим исследованиям, существует довольно строгая взаимосвязь между свойствами почвы и биомассой, физиологической активностью, а в некотором приближении даже с видовым составом почвенных микроорганизмов (Jelsomxno, 1999; Johnson, 2003; Меняйло, 2007). С другой стороны, известен ряд однозначных зависимостей между электрическим сопротивлением почвы и содержанием гумуса, ЕКО, грансоставом, а в торфяных почвах и с зольностью (Поздняков, 1996). Сопротивление может стать тем легко определяемым и емким показателем, по которому можно сделать вывод о состоянии почвы, а стало быть, и состоянии почвенного микробного сообщества.

Измеренное нами сопротивление пахотного горизонта изменялось в полном соответствии с делением торфяных почв по положению в прирусловой-центральной-притеррасной частях поймы (Рис. 11). Причем это касается как измеренного в лаборатории при стандартных условиях т.н. истинного сопротивления, так и значений сопротивлений, полученных в поле с поверхности почвы без какого-либо отбора образцов. Значения кажущегося электрического сопротивления, измеренного с поверхности, менялось в пределе от 14 до 40 Ом.м. Истинное сопротивление пахотного горизонта было несколько ниже -1137 Ом.м. Наибольшие величины достигались в центральной пойме, где зольность

минимальна, а почвенный раствор не так минерализован, то есть несет в себе мало подвижных ионогенных соединений (электрических зарядов).

Рис. 11. Распределение величин удельного электрического сопротивления пахотного горизонта: А - кажущееся сопротивление (поле); Б - истинное сопротивление (лаборатория).

Рис. 12. Зависимость между скоростью образования СОг и электрическим сопротивлением измеренным в лаборатории.

Распределение величин дыхания и сопротивления очень близки друг к другу (Рис. 3, 11, 12). Хотя для всей территории участка коэффициент корреляции между ними невысок (поскольку, как будет показано ниже, имеется несколько вариантов зависимостей на разных по положению и свойствам почвах) и делать прямые перерасчёты вряд ли возможно, электрическое сопротивление можно использовать для целей рекогносцировочного картирования. Метод позволяет хорошо оценить топографию распределения величин дыхания, выделить однородные по этому показателю почвенные контуры и объективно подойти к выбору точек для дальнейших точных измерений. Для анаэробных процессов

подобная корреляция либо слабее (денитрификация), либо вовсе не характерна (метаногенез).

Образование парниковых газов в условиях антропогенного загрязнения.

Одним из немаловажных факторов, определяющих условия жизни микробного сообщества в антропогенно-преобразованных почвах, является загрязнение. Нами был поставлен модельный эксперимент, позволяющий с одной стороны определить степень влияния загрязнения на физиологическую активность почвенных микроорганизмов, а с другой - проследить обнаруженную зависимость между сопротивлением и дыханием почвы в идеальных условиях варьирования лишь одного почвенного параметра. Навески загрязнялись медным купоросом, моторным маслом и нитратом калия в предельно допустимых концентрациях и при их многократном превышении.

¡0 260 730 1300 КЫОз, мг/кг 120 ,

5 10 20 50 100 Моторное масло, г/кг

ш Сопротивление

■ Дыхание

о Детпрификация □ Метаногенез

■ Азотфиксация

75 1 50 3 00 500 1 000 Си, мг/кг

Рис. 13. Влияние поллютантов на микробную активность и электрическое сопротивление.

Внесение избыточных доз нитратов привело к росту денитрификации, и снижению скорости азотфиксации. При высоких дозах наблюдалось снижение образования метана, возможно вызванное усилением его анаэробного окисления. Использованное в модельном опыте моторное масло напротив, стимулировало дыхание; а поскольку нефтепродукты не содержат азот, то и процесс азотфиксации. Сокращалась лишь активность метаногенеза, что связано с невозможностью сбраживания углеводородов. При загрязнении тяжёлыми металлами наиболее сильно подавлялась активность дыхания (Рис. 13).

19

Взаимосвязь между электрофизическими и биологическими параметрами довольно ярко проявилась и в данном опыте, поскольку загрязнение закономерно изменяло и сопротивление почвы: диссоциирующие в растворе поллютанты снижали его, диэлектрики же (нефтепродукты), повышали. Наиболее тесная связь наблюдалась при этом между сопротивлением и дыханием (Рис. 14). Опыт, на наш взгляд, прекрасно иллюстрирует природу найденных взаимосвязей, вызванных синхронным изменением двух величин под влиянием третьей. Однако в масштабах всей поймы в качестве последней выступает не загрязнение, а зольность торфа.

Рис. 14. Корреляция между образованием СО2 и электрическим сопротивлением в условиях нитратного загрязнения (А), загрязнения нефтепродуктами (Б) и солями тяжелых металлов (В).

Оценка постмелиоративных эволюционных преобразований торфяных почв Яхромской поймы электрофизическими методами.

Наши исследования на Яхромской пойме показали, что между участками с разными сроками освоения отчетливо прослеживаются различия как по величинам эмиссии СОг, так и по сопротивлению. На участке «Дальний» (45-50 лет освоения) между значениями дыхания и сопротивления также наблюдается корреляция, однако зависимость в этом случае не прямая, а обратная (Рис. 15, Б). Абсолютные значения образования углекислого газа при этом в 4

20

раза выше, чем на «Ближнем» (95-100 лет освоения), а сопротивление почвы выше в 2 раза. В подпахотном горизонте, состоящем из практически неизмененного, неразложенного торфа, связь дыхания и сопротивления отсутствует (Рис. 15, В).

20 .10 40

Я, Омм

Рис. 15. Трансформация типа корреляции потенциальной эмиссии СО2 и электрического сопротивления в процессе постмелиоративной эволюции торфяных почв Яхромской поймы. Для участка «Ближний» (А) после 100 лет освоения уравнение зависимости имеет вид: И (мкм/г сут) = 22,17 ЕЯ (Ом.м) + 179,21. Для участка «Дальний» (Б) после 50 лет освоения: О (мкм/г сут) = -37,5 ЕЙ (Ом.м) + 4767,2; для подпахотного горизонта, не затронутого минерализацией, зависимость отсутствует (В).

Сопоставление величин дыхания и сопротивления раскрывает периодизацию эволюции торфяных почв после осушения и позволяет определить, насколько торф близок к состоянию равновесия в новых геохимических условиях. На участке «Дальний» (45-50 лет освоения) при интенсивном протекании минерализации в почвах с наиболее высокой скоростью разложения (то есть большими потерями СО2) происходит относительная аккумуляция зольных элементов, что снижает сопротивление. Почвы участка «Ближний» (95-100 лет освоения) близки к равновесному состоянию, по газообразным потерям углерода они в целом сопоставимы с ненарушенными торфяными почвами. При этом относительно интенсивное разложение носит остаточный характер и приурочено к тем точкам, где торф пока ещё менее разложен, его зольность ниже, а сопротивление - выше. Почвенное микробное сообщество, минерализуя торфяную массу, определяет в конечном итоге

собственные условия существования, легко диагностируемые по электрическому сопротивлению.

Таким образом, сопротивление можно использовать как основу для методов экспрессной оценки распределения способности почвы к образованию парниковых газов и для характеристики антропогенного воздействия на торфяные почвы, в частности, для определения стадии их освоения.

ВЫВОДЫ

1. Показана возможность протекания анаэробного окисления метана с использованием как сульфатов, так и нитратов, в незатопленных мелиорированных торфяных почвах с преобладанием окислительных условий.

2. Абсолютный прирост поглощения метана в анаэробных условиях при добавлении нитратов (используемых в качестве окислителя) достигает наивысших значений в тех участках поймы, где эмиссия метана минимальна. Таким образом, анаэробное окисление метана может являться одним из важнейших факторов, определяющих интенсивность итоговой эмиссии метана из почвы.

3. При создании благоприятных условий для функционирования анаэробных метанотрофов интенсивно развиваются археи, в особенности это касается случая окисления метана в присутствии сульфатов.

4. Для исследованных почв интенсивность эмиссии СОг и скорость денитрификации (основной процесс образования N20) максимальны в центральной части поймы, где расположены хорошо окультуренные торфяные почвы на мощных древесно-разнотравных торфах. Это обусловлено физико-химическими свойствами данных почв, прежде всего их низкой зольностью.

5. Выявлена корреляция между электрическим сопротивлением осушенных торфяных почв и скоростями образования в них парниковых газов, прежде всего СОг и N20. Эти закономерности могут бьггь использованы в основе инновационного метода предварительной оценки распределения эмиссии парниковых газов, позволяющего объективно выбирать точки опробования.

6. Взаимосвязь между электрическим сопротивлением осушенной торфяной почвы и интенсивностью образования в ней СО2 возникает и трансформируется в процессе освоения почв по мере их минерализации и увеличения зольности. По характеру зависимости возможна оценка стадии преобразования осушенной торфяной почвы: прямая формируется при приближении к равновесному состоянию в условиях длительной (до 100 лет) антропогенной нагрузки.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Можарова Н.В., Гольцова Т.В., Поздняков Л.А. Применение экспресс-методов электросъемки в целях диагностики и детального картографирования техногенно-нарушенных и загрязненных почв (на примере скважинной зоны Щелковского подземного газохранилища) // Тезисы докладов Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». Москва, 24-28 мая 2004 г., с. 364-365.

2. Позднякова А.Д., Поздняков А.И., Поздняков J1.A. GIS/GPS-анализ трансформации почвенного покрова торфо-болотных ландшафтов при длительном антропогенном воздействии // Доклады конференции «Современные аспекты экологии и экологического образования». Казань, 19-23 сентября 2005 г., с. 373-375.

3. Васильева Н.А., Милановский Е.Ю., Степанов А.Л., Поздняков JI.A. Амфифильные свойства органических веществ и микробиологическая активность в агрегатах чернозёма // Вестник московского университета. Сер. 17 «Почвоведение». 2005, №3, с. 18-21.

4. Поздняков J1.A. Возможности электрических методов при диагностике почв и почвенных процессов // Материалы Всероссийской научной конференции «IX докучаевские молодёжные чтения». Санкт-Петербург, 1-3 марта 2006 г., с. 294-295.

5. Natalia A. Vasilieva, Evgeny Yu. Milanovsky, Alexei L. Stepanov and Lev A, Pozdnyakov, Microbial activity and greenhouse gases production in soil aggregates // 18th World Congress of Soil Science. Philadelphia, Pennsylvania, USA, July 9-15,2006. Paper #16539

6. lev A. Pozdnyakov, Electrogeophysical Methods for Evaluation of Microbiological Activity in Peat Soils // ASA-CSSA-SSSA International Annual Meetings. New Orleans, Louisiana, November 4-8, 2007. Paper #37761, Topic Selection: Symposium - Advancing Measurement Techniques and Modeling Synergy for Environmental Soils Research in Space and Time: Proximal Soil Sensing for Digital Soil Mapping.

7. Степанов A.JI., Поздняков Л.А., Позднякова А.Д. Оценка биологической активности торфяных почв по электрическому сопротивлению в условиях антропогенного загрязнения // Материалы V съезда Всероссийского общества почвоведов им. В.В.Докучаева. Ростов-на-Дону, 18-23 августа 2008 г., с. 123.

8. Хан К. 10., Поздняков А.И., СопБ.К., ПоздняковЛ.А. Строение почвенных агрегатов и особенности трансформации в них органического вещества // Материалы Российско-Корейского семинара «Современная наука и высокие технологии». Пущино, 20-21 ноября 2008 г., с. 14-15.

9. Поздняков Л.А. Оценка биологической активности торфяных почв по удельному электрическому сопротивлению // Почвоведение. 2008, №10, с. 1217-1223.

10. Ковалев Н.Г., Поздняков А.И., Мусекаев Д.А., Поздняков JI.A. Общие тенденции трансформация торфяников при мелиорации и длительном сельскохозяйственном использовании // Материалы Международной научно-практической конференции «Осушительная мелиорация в нечерноземной зоне РФ: состояние и прогноз». Тверь, 16-17 июля 2009 г., с. 80-84.

11. Позднякова А.Д., Мусекаев Д.А., Поздняков JI.A. Почвоутомление как заключительная стадия эволюции и деградации торфоагроземов (теория и практика) И Труды V Международной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы». Пущино, 26-31 октября 2009 г., с. 286-288.

12. Поздняков JI.A. Электрофизическая оценка некоторых аспектов эволюции мелиорированных торфяных почв // Труды V Международной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы». Пущино, 26-31 октября 2009 г., с. 85-86.

13. Ковалев Н.Г., Поздняков А.И., Мусекаев Д.А., Позднякова А.Д., Бородкина P.A., Поздняков JI.A. Система мер по предупреждению негативных последствий длительного интенсивного использования осушаемых почв (методическое руководство) - Тверь: ВНИИМЗ, 2009,36 с.

14. Позднякова А.Д., Поздняков JI.A. Особенности почвоутомления торфоагроземов и факторы на него влияющие (на примере почв Яхромской поймы) // Вестник Оренбургского университета. Спецвыпуск, окт. 2009, с. 322-325.

15. Поздняков JI.A., Степанов А.Л., Манучарова H.A. Анаэробное окисление метана в почвах и водных экосистемах // Вестник Московского университета. Сер. 17 «Почвоведение». 2011, Nsl, с. 27-33.

Подписано в печать:

15.03.2011

Заказ № 513 8 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Поздняков, Лев Анатольевич

г ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Микробиологические процессы образования и поглощения парниковых газов в осушенных торфяных почвах.

1.1. Торфяные почвы.

1.1.1. Торфяные почвы как источник парниковых газов.

1.2.2. Трансформация торфяных почв в процессе длительного антропогенного воздействия.

1.2. Микробные процессы образования и поглощения парниковых газов.

1.2.1. Дыхание почвы.

1.2.2. Денитрификация.

1.2.3. Образование метана.

1.2.4. Анаэробное окисление метана.

1.2.5. Аэробное окисление метана.

1.3. История формирования отложений и торфов Яхромской поймы.

1.4. История освоения Яхромской поймы и антропогенной трансформации ее почвенного покрова.

1.4.1. Почвенный покров Яхромской поймы.

1.4.2. Изменение физических свойств торфяных почв долины р.Яхромы под влиянием осушения.

1.4.3. Уменьшение мощности торфяной залежи на разных стадиях освоения и использования при мелиорации.

1.4.4. Изменение плотности и зольности торфяных почв Яхромы при длительном сельскохозяйственном использовании.

1.4.5. Биологическая активность освоенных торфяных почв.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Методика определения газового баланса почв.

2.2.2. Оценка потенциальной скорости анаэробного окисления метана.

2.2.3. Определение состава микробного сообщества методом флюоресцентной гибридизации in situ (FISH).

2.2.4. Опыт с радиоактивной меткой.

2.2.5. Методика определения удельного сопротивления.

ГЛАВА 3. Микробиологические процессы образования и поглощения парниковых газов в осушенных торфяных почвах (Результаты и обсуждение).

3.1. Пространственное распределение скоростей образования и поглощения парниковых газов.

3.1.1. Микробное образование С02 и денитрификация (основной процесс образования N20).

3.1.2. Анаэробное окисление метана в осушенных торфяных почвах модельные опыты).

3.1.3. Анаэробное окисление метана в дерново-подзолистых почвах модельные опыты).

3.1.4. Анаэробное окисление метана в осушенных торфяных почвах

Яхромской поймы.

3.2. Возможности электрофизических методов для оценки скоростей образования и поглощения парниковых газов.

3.2.1. Удельное электрическое сопротивление как показатель состояния почв.

3:2.2' Пространственшю распределение этёктрофизйческих ~ характеристик торфяных почв Яхромской поймы.

3.2.3. Взаимосвязь между удельным электрическим сопротивлением и биологическими параметрами почвы.

3.3. Образование парниковых газов в условиях загрязнения.

3.3.1. Загрязнение тяжёлыми металлами.

3.3.2. Загрязнение нефтепродуктами.

3.3.3. Загрязнение нитратами.

3.3.4. Взаимосвязь электрофизических и биологических характеристик торфяной почвы при антропогенном загрязнении.

3.4. Постмелиоративные эволюционные преобразования торфяных почв

Яхромской поймы.

3.4.1. Сокращение эмиссии парниковых газов в ходе освоения торфяных почв.

3.4.2. Оценка процессов окультуривания, эволюции торфяных почв и образования ими парниковых газов с применением электрофизических методов.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Микробиологические процессы образования и поглощения парниковых газов в осушенных торфяных почвах"

В настоящее время большой интерес вызывает увеличение количества так . называемых парниковых газов в атмосфере, особенно в связи с предполагаемым изменением климата. Показано, что концентрация С02 увеличивается ежегодно на 0,4-0,5% и к 2004 году достигла 377 ppm; СН4 - на 1,1% в год и в 1998 году стала равной 1,75 ppm, после чего сохраняется примерно на этом уровне; N20 -на 0,3% в год до 0,320 ppm (Bowman, 1990; Изменение климата, 2001; Keeling, 2005). Подобные явления в существенной степени вызваны нарушением естественных биологических циклов вследствие деятельности человека.

Углерод заболоченных и переувлажненных территорий составляет 1215% от общих запасов педосферы - третьего по значимости резервуара после мирового океана и литосферы. Не менее трети мировых запасов торфа находится на территории России. (Тюремнов, 1949; 1976). Ненарушенные функционирующие торфяники являются естественным стоком для атмосферного углерода. Осушенный торфяник, оказавшийся в аэробных условиях, начинает разлагаться, его мощность уменьшается со скоростью до 0,5 см в год.(Скоропанов,1969; СкрынниковаД961). Поток углерода в атмосферу после осушения достигает величин на порядок превосходящих темпы его аккумуляции, то есть осушение всего 9-10% торфяных болот полностью нивелирует положительный эффект связывания атмосферного углекислого газа.

В то же время в осушенных торфяниках резко снижается интенсивность метаногенеза, растет интенсивность аэробного поглощения метана микроорганизмами (Заварзин 2001, 2003).

Аэробное окисление метана не является единственным путем поглощения этого парникового газа микроорганизмами. Последние десятилетия ведутся 5 интенсивные исследования процесса анаэробного окисления метана за счет таких окислителей как сульфаты, нитраты, нитриты и т.д. Абсолютное большинство работ, однако, проведено на примере водных местообитаний. Предполагается, что микроорганизмами донных отложений Мирового океана анаэробно окисляют от 75 до 300 Тг СН4 в год (НтпсИБ, 2002). Эти значения не только многократно превосходят интенсивность итогового поступления метана из океана в атмосферу (около 10-15 Тг/год), но и оказываются сопоставимы с общей его эмиссией (около 500-600 Тг/год). Тем не менее, попыток оценить значение анаэробного окисления в наземных экосистемах, в том числе и в почвах, пока вовсе не предпринималось.

Исследования эмиссии парниковых газов осушенными торфяниками по их территории весьма важны для построения модели глобальных циклов углерода и азота. Однако изучение газообмена почвы с атмосферой тормозится отсутствием экспресс-методов, применимых для целей почвенного картографирования и расчетов эмиссии с больших разнородных площадей. Такими методами, на наш взгляд, могут стать методы электрического сопротивления.

Свойства почвы оказывают непосредственное влияние на её микробное население. В ряде работ было показано, что состав микробного сообщества, биомасса, физиологическая активность скоррелированы со структурой почвы, гранулометрическим составом, содержанием азота, органического углерода и т.д. ((Згойтап, 1996; СеЬотто, 1999; 1о1тзоп, 2003). С другой стороны, сопротивление также связано с перечисленными свойствами почвы, является их комплексным показателем (Поздняков 1996, 2001) и может быть использовано ~ как характеристика'условий ббйташ!япбчТённШ лш1фоорганйзмов и состояния микробного сообщества. Отдельные попытки подобного рода уже предпринимались в последние годы (1оЬпбоп, 2003; Меняйло, 2007).

Одним из актуальных направлений применения методов электрического сопротивления является диагностика с его помощью загрязнения почв. В связи с различными по токсичности состояниями поллютантов в природных экосистемах, для оценки степени загрязнения должна быть использована не столько их химическая концентрация, сколько степень их влияния на организмы (Ермилова, 2007). Установление взаимосвязей между сопротивлением и параметрами состояния почвенного микробного сообщества может позволить использовать этот показатель для исследования именно уровня воздействия на него.

Цель работы - оценка интенсивности и пространственного распределения скоростей процессов образования углекислого газа, метана, денитрификации (основной источник Ы20), аэробного и анаэробного окисления метана в окультуренных эутрофных торфяных почвах.

Задачи исследования:

• Оценить изменение величин образования и поглощения парниковых газов в процессе антропогенной трансформации торфяных почв.

• Определить возможность протекания и интенсивность анаэробного окисления метана в торфяных почвах.

• Изучить комплекс анаэробных метанотрофов в почвах.

• Разработать способ экспресс-оценки пространственного распределения скоростей образования парниковых газов в осушенных торфяных почвах.

Научная новизна. Установлена возможность протекания процесса анаэробного окисления метана в наземных экосистемах, в частности, в осушенных торфяных и в автоморфных дерново-подзолистых почвах. За счет высокой гетерогенности почвы, как среды обитания микроорганизмов, процесс протекает одновременно с образованием метана и его аэробным окислением. 7

При этом образование и анаэробное окисление метана, протекающие в сходных условиях анаэробных микролокусов, наиболее тесно сопряжены. Показана однозначная и тесная связь между скоростями микробиологического образования СО2, N20 и СН4 и свойствами торфяной почвы, в особенности с зольностью. Интенсивности первых двух процессов связаны с удельным электрическим сопротивлением почвы (опосредованно через зольность), что впервые показано в рамках данной работы. Продемонстрирована трансформация вида этой зависимости в процессе освоения торфяных почв, что вызвано деятельностью микроорганизмов, преобразующих (истощающих) собственную среду обитания.

Сформулированные в диссертации положения и полученные результаты исследования позволяют расширить представления о двусторонних взаимосвязях между микробиологическими процессами и почвенными физикохимическими свойствами. Предложено скорректировать традиционную схему баланса метана в наземных экосистемах, включив в нее в качестве самостоятельного члена анаэробное окисление метана. В настоящее время, как известно, эта схема предусматривает только образование метана в анаэробных условиях, а поглощение - только в аэробных.

Практическая значимость. Предложена новая область применения электрофизических методов в почвоведении, а именно - оценка с их помощью скоростей образования таких парниковых газов как СО2 и N20. Использование этих методов в сочетании с классическими методами газовой хроматографии позволяют заметно снизить затраты времени и сил на обследование обширных территорий. Кроме того, полученные представления о взаимосвязях химических, физических и биологических свойств торфяных почв, а также их трансформации после осушения, позволят с большей точностью говорить о стадии эволюции почвы и предлагать способы ее возможного использования 8 для минимизации потерь органического вещества и эмиссии парниковых газов.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на V съезде Всероссийского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008), международной научно-практической конференции «Осушительная мелиорация в нечерноземной зоне РФ: состояние и прогноз» (Тверь, 2009), V международной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы» (Пущино, 2009), а также на российско-китайском семинаре «Transformation of hydrocarbons by soil microorganisms: ecological and applied aspects» (Москва, 2010).

Ряд направлений работы выполнялись в рамках Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии на 2006-2010 гг по заданию 03.03 «Разработать адаптивные агротехнологии рационального использования осушаемых земель с целью воспроизводства плодородия почв, повышения продуктивности и экологической устойчивости агроландшафтов гумидной зоны» и гранта РФФИ: «Биосферно-ландшафтные функции торфяных болот при антропогенных нагрузках. 07-04-00246-а».

Публикации. Материалы диссертации изложены в 15 публикациях, из них 4 статьи в реферируемых журналах из списка ВАК.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю проф. A.JI. Степанову, сотрудникам кафедры биологии почв, в особенности H.A. Манучаровой, сотрудникам ИНМИ И.К. Кравченко и JI.E. Дулову, а также сотрудникам ДФ ВНИИМЗ, кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведенйя “ МГУ и кафёдры почвоведения~ и экологии почв биолого-почвенного факультета СПбГУ.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Поздняков, Лев Анатольевич

выводы

1. Показана возможность протекания анаэробного окисления метана с использованием как сульфатов, так и нитратов, в незатопленных мелиорированных торфяных почвах с преобладанием окислительных условий.

2. Абсолютный прирост поглощения метана в анаэробных условиях при добавлении нитратов (используемых в качестве окислителя) достигает наивысших значений в тех участках поймы, где эмиссия метана минимальна. Таким образом, анаэробное окисление метана может являться одним из важнейших факторов, определяющих интенсивность итоговой эмиссии метана из почвы.

3. При создании благоприятных условий для функционирования анаэробных метанотрофов интенсивно развиваются археи, в особенности это касается случая окисления метана в присутствии сульфатов.

4. Для исследованных почв интенсивность эмиссии СОг и скорость денитрификации (основной процесс образования N20) максимальны в центральной части поймы, где расположены хорошо окультуренные торфяные почвы на мощных древесно-разнотравных торфах. Это обусловлено физико-химическими свойствами данных почв, прежде всего их низкой зольностью.

5. Выявлена корреляция между электрическим сопротивлением осушенных торфяных почв и скоростями образования в них парниковых газов, прежде всего С02 и К20. Эти закономерности могут быть использованы в основе инновационного метода предварительной оценки распределения эмиссии парниковых газов, позволяющего объективно выбирать точки опробования.

6. Взаимосвязь между электрическим сопротивлением осушенной торфяной почвы и интенсивностью образования в ней С02 возникает и

120 трансформируется в процессе освоения почв по мере их минерализации и увеличения зольности. По характеру зависимости возможна оценка стадии преобразования осушенной торфяной почвы: прямая формируется при приближении к равновесному состоянию в условиях длительной (до 100 лет) антропогенной нагрузки.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Поздняков, Лев Анатольевич, Москва

1. Алексеева Т.П., Бурмистрова Т.Н., Терещенко H.H. Перспективы использования торфа для очистки нефтезагрязненных почв // Биотехнология, 2000. №1. С. 44-47.

2. Артамонова B.C. Микробиологические особенности антропогенно преобразованных почв Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН,2002. 225 с.

3. Атлас торфяных ресурсов СССР. М.: ГУГК при Совете Министров СССР, 1968. 96 с.

4. Балабко П.Н. Микроморфология, диагностика и рациональное использование пойменных почв Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин Авт. дисс. докт. биол. наук, МГУ, 1991.

5. Балабко П.Н. Развитие учения о пойменном почвообразовании и проблемы классификации пойменных почв // Почвоведение, 1990, №9. С. 28-33.

6. Бамбалов H.H. Минерализация и трансформация органического веществамелиорированных торфяных почв при их с/х использовании (на примере121торфяников Белоруссии) Авт. дис. докт. с/х наук, Минск, 1983.

7. Бамбалов H.H. Баланс органического вещества торфяных почв и методы его изучения. Минск: Наука и техника, 1984. 175 с.

8. Богатырев Л.Г. Об эволюции болотных пойменных почв севера Западной Сибири // Тез. докл. Всесоюзной конф. "Почвы речных долин и дельт, их рациональное использование и охрана", 25-27 дек. 1984, изд. МГУ.

9. Ю.Брешковский П.М. Урожайность с/х культур на торфяных почвах Яхромской поймы в зависимости от удобрений и гидротермических условий// Сб. науч. трудов ЦТБОС «Проблемы с/х освоения торфяных месторождений». Вып. 6. М.: 1982.

10. П.Брудастов А.Д. Влияние осушения на осадку торфа в болотах // Труды ВНИИГиМ, т. 10, 1933.

11. Билай В.И., Коваль Э.З. Рост грибов на углеводородах нефти. Киев: Наук. Думка, 1980. 340 с.

12. Глазовская М.А. Опыт классификации почв мира по устойчивости к техногенным кислотным воздействиям // Почвоведение, 1990, №9. С. 82-96.

13. Вомперский С.Э. Роль болот в круговороте углерода // Биогеоценотические особенности болот и их рациональное использование. М.: Наука, 1994. с. 538.

14. Вомперский С.Э. Заболоченные органогенные почвы и болота России и запас углерода в их торфах // Почвоведение 1994. №12. с. 17-25.

15. Воробьёва Л. И. Археи. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 447 с.

16. Гальченко В.Ф., Дулов Л.Е., Крамер Б., Конова Н.И., Барышева С.В. Биогеохимические процессы цикла метана в почвах, болотах и озерах

17. Западной Сйбири7/ Микробиология. 2001. Т.70. № 2. С. 215-225.

18. Гальченко В.Ф. Метанотрофные бактерии. М.: ГЕОС, 2001. 362 с.

19. Гальченко В.Ф. К вопросу об анаэробном окислении метана //122

20. Микробиология, 2004. Т.73. № 5. С. 698-707.

21. Гвоздев Р.И., Акентьева Н.П. Современные представления о структуре и функции метанмонооксигеназы / Биохимия и физиология метилотрофов. Пущино, 1987. С. 33.

22. Грамматин В.Н. Осадка болот при осушении для с/х целей // Материалы по поднятию производительности с/х земель посредством мелиорации, вып. 6. Л.: СевНИИГиМ, 1938.

23. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении: Учебник. М.: изд-во МГУ. 1995. 320 с.

24. Девин В.К. Роль минеральных удобрений в повышении урожайности кормовой свеклы на торфяных почвах // сб. н. тр. ЦТБОС «Проблемы с/х использования торфяных месторождений».

25. Дегтярева А.К. Железо в почвах, новообразованиях, почвенных растворах и дренажных водах Яхромской поймы Дисс. канд. биол. наук, МГУ, 1990.

26. Добровольский Г.В. Генезис, эволюция и охрана почвенного покрова пойм Нечерноземной зоны РСФСР / в сб. «Научные основы оптимизации и воспроизводства плодородия аллювиальных почв Нечерноземной зоны РСФСР», М.: 1991. С. 3-16.

27. Добровольский Г.В. Вопросы теории почвообразования в поймах рек лесной зоны //Вестн. Моск. ун-та, сер. биол., почвов., геол., географ., 1957, №1. С. 69-82.

28. Добровольский Г.В. Классификация почв лесной зоны // Почвоведение, 1958, №8. С. 93-101.

29. Добровольский Г.В. Поймы рек как ландшафты высокой плотности жизни и интенсивности" почвообразовательного процесса"/ в сб. «Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах», Л.: Наука, 1971. С. 226-232.

30. Добровольский Г.В. Эколого-генетические принципы классификации аллювиальных пойменных и дельтовых почв / в сб. «Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа», Махачкала: 1978. С. 85-87.

31. Добровольский Г.В., Афанасьева Т.В., Ремезова Г.М., Строганова М.Н., Палечек Л.А., Балабко П.Н. Типы поймы среднего течения реки Оби / в сб. «Земельные ресурсы Сибири». Новосибирск: Наука (Сиб. отд.), 1974, с. 2934.

32. Добровольский Г.В., Зырин Н.Г. Некоторые особенности географии и режима пойменных почв // Вестн. Моск. ун-та., сер. биол., почвов., геол., геогр., 1957, №3. С. 129-135.

33. Егорова Е.И. Активность азотфиксации, денитрификации и эмиссии С02 при сочетанном действии у-излучения и тяжелых металлов в почве // Радиац. биология. Радиоэкология, 1996. Т. 36. Вып. 2. С. 218-226.

34. Егорова Е.И,, Полякова С.М. Ферментативная активность почв при сочетанном действии гамма-излучения и тяжелых металлов /7 Радиац. биология. Радиоэкология, 1996. Т. 36. Вып. 2. С. 227-233.

35. Егорова Е.Ф., Никитишен В.И. Влияние длительного применения124минеральных удобрений на потенциальную активность азотфиксации и денитрификации в серой лесной почве // Агрохимия, 1993. №8. С. 3-11.

36. Ермилова Е. В. Молекулярные аспекты адаптации прокариот. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 2007. 299 с.

37. Ефимов В.Н. Торфяные почвы. М.: Россельхозиздат, 1980. 264 с.

38. Ефимов В.Н., Царенко В.П. Органическое вещество и азот торфяных почв // Почвоведение, 1992, №10. С. 40-48.40.3аключительный отчет о научно-исследовательской работе ЦТБОС за 19661970 гт. Дмитровский р-н, Московская обл., 1971.

39. ИКЦ «Академкнига», 2006. 854 с.

40. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос. 1997. 223 с.

41. Ковалев Н.Г., Поздняков А.И., Мусекаев Д.А., Позднякова JI.A. Торф, торфяные почвы, удобрения. М.: Изд-во ВНИИМЗ, 1998. 239 с.

42. Кондратьева E. Н. Автотрофные прокариоты. М: Изд-во МГУ, 1996. 312 с.

43. Ковда В.А. Значение дельтовых экосистем в биосфере / в сб. «Биологическая продуктивность дельтовых экосистем Прикаспийской низменности Кавказа», Махачкала, 1978.

44. Ковда В.А. Процессы почвообразования в дельтах и поймах рек континентальных областей // Проблемы советских почвоведов, М., 1946, вып. 14. С. 101-125.

45. Коробейникова Г.И., Судницын И.И. Гидрологический режим торфяных почв поймы р. Яхрома // Почвоведение, №11, 1992.

46. Кузьмина И.В., Михеева Т.В. Действие макро- и микроудобрений на биологическую активность перегнойно-торфяной почвы // сб. н. тр. ЦТБОС «Проблемы с/х использования торфяных месторождений», №6, 1984.

47. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Косов В.И. Физические процессы в торфяных залежах. Минск: Наука и техника, 1989. 287 с.

48. Макаров Б.Н. Дыхание почвы и состав поченного воздуха на осушенных торфяно-болотных почвах // Почвоведение, 1960. №2. с. 56-62.

49. Марфенина O.E. Реакция комплекса Ш!ф0^кшшчёскгоГ грибов на загрязнение почв тяжелыми металлами // Вестн. Моск. ун-та. Сер. почвовед, 1985. N2. С. 46-50.

50. Маслов Б.С. Режим грунтовых вод переувлажненных земель и его регулирование. М.: Колос, 1970. 232 с.

51. Маслов Б.С. Последствия осушения болотных ландшафтов // Вестник

52. РАСХН 1993. №6. С. 41-44. •

53. Меняйло О.В. Влияние древесных пород на биомассу денитрифицирующих бактерий в серой лесной почве //Почвоведение, 2007. №3. С. 1-7.

54. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М.: Изд-во МГУ, 1991. 349 с.

55. Мотузова Г.В., Дегтярева А.К. Формы соединений железа в почвенных растворах и дренажных водах на примере Яхромской поймы // Почвоведение, 1993, №1.

56. Мурашко А.И., Сапожников Е.Г., Фирисюк П.И. Опыт применения геофизических методов при изысканиях болот грунтово-напорного питания// Мелиорация и водное хозяйство, сер. 9, Изыскания и проектирование гидромелиоративных систем. Вып. 4, 1978.

57. Новиков В.В., Степанов А.Л. Влияние минерального азота на процессы микробной трансформации метана в почвах // Почвоведение 1999. Т.32. №10. с. 1255-1258.

58. Новиков В.В. Образование и поглощение парниковых газов в торфяных почвах разных сроков использования. Кандидатская диссертация. Москва,2003. 110 с.

59. Отчет о научно-исследовательской работе ЦТБОС за 1973 год: Разработка экологических аспектов сельскохозяйственного использования торфяников и торфяных болот. Т. 2. Дмитров, 1973. 387 с.

60. Переверзев В.Н., Алексеева Н.С. Органическое вещество в почвах Кольского полуострова. Л.: Наука, 1980. 227 с.

61. Переверзев В.Н., Кислых Е.Е. Азот в почвах Кольского полуострова. Л.: Наука, 1978.126 с.

62. Печкуров А.Ф. Осадка торфа при осушении и возведении насыпей // Доклады ВАСХНИЛ, вып. 1, 1941.

63. Поздняков А.И. Стационарные электрические поля в почвах. Докторская диссертация. Москва, 1985.

64. Поздняков А.И., Позднякова А.Д., Лопес де Геренью В.О., Позднякова Л.А. Экологически безопасное освоение и использование торфяников Нечерноземья. Методические рекомендации, РАСХН, ЦТБОС, Москва, 1994. 33 с.

65. Позднякова Л. А. Изменение низинных торфяников в торфяные 01д^т^ётаь1е“почзы ^приантропогенном воздействии // Тезисы докладов конференции молодых ученых ф-та почвоведения МГУ, Красновидово, 2328 мая 1994.

66. Скоропанов С.Г. Мелиорация торфяников и проблема органического вещества / Изменение торфяных почв под влиянием осушения и использования. Минск: Урожай, 1969. С. 21-33.

67. Скрынникова И.Н. Почвенные процессы в торфяных окультуренных почвах. М.: Изд. Академии наук СССР, 1961. 228 с.

68. Смагин А. В. Газовая фаза почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. 301 с.

69. Степанов А.Л., Лысак Л.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии. М.: МАКС Пресс, 2002. 86 с.

70. Степанов А.Л., Манучарова H.A., Полянская Л.М. Продуцирование закиси азота бактериями в почвенных агрегатах // Почвоведение, 1997. №8, С. 973976.

71. Степанов А.Л., Манучарова H.A. Образование и поглощение парниковых газов в почвенных агрегатах. М.: Изд-во МГУ, 2006. 82 с.

72. Степанов А.Л. Микробное образование и поглощения парниковых газов в почвах. М.: Изд-во МГУ, 2009. 225 с.

73. Структурно-функциональная роль почвы и почвенной биоты в биосфере / Отв. ред. Г.В. Добровольский. М.: Наука, 2003. 364 с.

74. Скоропанов С.Г. Мелиорация торфяников и проблема органического вещества / в сб. «Изменения торфяных почв под влиянием осушения и использования», Минск: Урожай, 1969.

75. Скрынникова И.Н. Почвенные процессы в торфяных окультуренных почвах. М.: Изд. Академии наук СССР, 1961. 248 с.

76. Станкевич B.C., Карелин Т.И. Осадка торфа и влияние ее на работу осушительной сети // Гидротехника и мелиорация, 1965, №12.

77. Стариков“Х.Н. Увлажнение"осушаёмых торфжй^ков. М.: Колос, 1977. 296 с.

78. Сусьян Е.А., Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В. Разделение грибного и бактериального су б страт-индуцированного дыхания с использованием129антибиотиков в почвах разных экосистем // Микробиология, 2005, т. 74, №3. С. 394-400.

79. Торфяные ресурсы мира: Справочник. Под ред. А.С. Оленина. М.: Недра,1988. 383 с.

80. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения и их разведка. Л.: Госэнерго, 1949. 464 с.

81. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. М.: Недра, 1976. 356 с.

82. Умаров М. М. Ассоциативная азотфиксация. М.: Изд-во МГУ, 1996. 134 с.

83. Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. М.: ГЕОС, 2007. 138 с.

84. Шлюмберже, К. Подземная электрическая разведка. М.: Госгориздат. 1932. -180 с.

85. Шраг В.И. Опыт классификации пойменных почв // Почвоведение, 1953, №11. С. 64-84.

86. Шраг В.И. Пойменные почвы, их мелиорация и сельскохозяйственное использование. М.: Россельхозиздат, 1969. 268 с.

87. Шраг В.И. К вопросу о классификации пойменных почв лесной зоны//

88. Почвоведение, 1959, №5. С. 66-69. *

89. Alperin M.J., Reeburgh W.S. Inhibition experiments on anaerobic methane oxidation.//Appl. Environ. Microbiol. 1985. Vol. 50, p.940-945.

90. Alperin M.J., Reeburgh W.S., Whiticar MJ. Carbon and hydrogen isotope fractionation resulting from anaerobic methane oxidation // Global Biogeochemical Cycles, 1988. Vol. 2, №3. P. 279-288

91. Amann R.I., Krunholz L., Stahl D.A. Fluorescent-oligonucleotide probing of " “whole^cells for^determinative, phylogenetic~and environmental studies inmicrobiology //J. Bacteriol., 1990. V. 172. P. 762-770.

92. Bedard C., Knowles R. Physiology, biochemistry and' specific inhibitors of130

93. CH4, NR,* and CO oxidation by methanotrophs and nitrifiers // Microbiol. Rev.1989. V.53. p.68-84. ,

94. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology. 2-th ed. The archaea and deeply branching phototrophic bacteria. Springer / G. M. Garrity, R. W. Boone, Castenholz (eds). 2001. V. 1. New York, Berlin, Heidelberg: Springer. 721 p.

95. Boetius A., Ravenschlag K., Schubert C. J., Rickert D., Widdel F., Gieseke A., Amann R., Jorgensen B. B., Witte U., Pfannkuche O. A marine microbial consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane // Nature, 2000. Vol. 407. P. 623-626.

96. Bouwman A.F. Exchange of greenhouse gases between terrestrial ecosystems and the atmosphere. A.F.Bouwman (ed.). // Soils and the greenhouse effect. John Wiley and Sons Ltd. Chichester. 1990. P. 61-113. P. R.

97. Eller G., Kanel L., Kruger M. Cooccurrence of Aerobic and Anaerobic Methane Oxidation in the Water Column of Lake Plubsee // Applied and Environmental Microbiology, 2005. Vol. 71, № 12. P. 8925-8928.

98. Ethan L. Grossman, Luis A. Cifuentes, and Isabelle M. Cozzarelli Anaerobic Methane Oxidation in a Landfill-Leachate Plume // Environ. Sci. Technol., 2002. 36 (11). P. 2436-2442

99. Ettwig K.F., Shima S., K.T. van de Pas-Schoonen, Kahnt J., Medema M.H., HJ.M. op den Camp, Jetten M.S.M., Strous M: Denitrifying bacteria anaerobically oxidize methane in the absence of Archaea // Environmental Microbiology, 2008. 10(11). P. 3164-3173

100. Gelsomino A., Keijzer-Wolters A.C., Cacco G., van Elsas J.D. Assessment of bacterial community structure in soil by polymerase chain reaction and denaturing gradierit“gel‘electrophoresis7/ Jdumarof microbiological methods, 1999. №38 (12). P. 1-15.

101. Girguis P. R., Orphan V. J., Hallam S. J., DeLong E. F. Growth and Methane131

102. Oxidation Rates of Anaerobic Methanotrophic Archaea in a Continuous-Flow Bioreactor // Applied and Environmental Microbiology, 2003. Vol. 69, № 9. P. 5472-5482. '

103. Golterman H.L. Influence of FeS in denitrification in shallow waters // Verch. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol., 1991. Vol. 24. P.3025-3028.

104. Groffman P.M., Eagan P., Sullivan W.M., Lemunyon J.L. Grass species and soil type effects on microbial biomass and activity // Plant Soil, 1996. №183. P. 61-67.

105. Hallam S. J., Putnam N., Preston C. M., Detter J. C., Rokhsar D., Richardson P. M., DeLong E. F. Reverse Methanogenesis: Testing the Hypothesis with Environmental Genomics // Science, 2004. Vol. 305. P. 1457-1462.

106. Hanson R.S., Hanson T.E. Methanotrophic bacteria // Microbiol. Rev. 1996. V.60. p.439.

107. Harder J. Anaerobic methane oxidation by bacteria employing 14C-methane uncontaminated with 14C-carbon monooxide // Mar. Geol, 1997. № 137. P. 1323.

108. Hinrichs K.U., Hayes J.M., Sylva S.P., Brewer P.G., DeLong E.F. Methaneconsuming archaebacteria in marine sediments // Nature, 1999. № 398. P. 802805. .

109. Johnson M.J., Lee K.Y., Scow K.M., DNA fingerprinting reveals links among agricultural crops, soil properties, and the composition of soil microbial . 132communities // Geoderma, 2003. Vol. 114. P. 279-303.

110. Kajikawa H., Valdes C., Hillman K., Wallace R. J., Newbold C. J. Methane oxidation and its coupled electron-sink reactions in ruminal fluid // Letters in Applied Microbiology, 2003. Vol. 36, 354-357.

111. Kravchenko I.K. Methane oxidation in boreal peat soils treated with various nitrogen compounds // Plant and Soil, 2002. №242. P. 157-162.

112. Kumaraswamy S., Ramakrishnan B., Sethunathan N. Methane Production and Oxidation in an Anoxic Rice Soil as Influenced by Inorganic Redox Species // Journal of Environmental Quality, 2001. Vol. 30. P. 2195-2201.

113. Miller L.G., Sasson C., Oremland R.S. Difluoromethane, a New and Improved Inhibitor of Methanotrophy // Applied and Environmental Microbiology, 1998. Vol. 64, № 11. P. 4357—4362.

114. Moran J. J., House C. H., Freeman K. H., Ferry J. G. Trace methane oxidation studied in several Euryarchaeota under diverse conditions // Archaea, 2005. Vol.l.P. 303-309.

115. Moran J. J., Beal E. J., Vrentas J. M., Orphan V. J., Freeman K. H., House C.“ Hr MethylHsulfidesT äs' intermediates in-the "anaerobic oxidation of methane //

116. Environmental Microbiology, 2008. №10(1). P. 162-173.

117. Murase J., Kimura M. Methane Production and Its Fate in Paddy Fields: IV.133

118. Sources of Microorganisms and Substrates Responsible for Anaerobic Methane Oxidation in Subsoil // Soil Sei. Plant. Nutr., 1994. 40(1). P. 57-61.

119. Murase J., Kimura M. Methane Production and Its Fate in Paddy Fields: VI. Anaerobic Oxidation of Methane in Plow Layer Soil // Soil Sei. Plant. Nutr., 1994.40(3). P. 505-514.

120. Murase J., Kimura M. Methane Production and Its Fate in Paddy Fields: VII. Electron Acceptors Responsible for Anaerobic Methane Oxidation // Soil Sei. Plant. Nutr., 1994. 40(4). P. 647-654.

121. Nauhaus K., Boetius A., Kruger M., Widdel F. In vitro demonstration of anaerobic oxidation of methane coupled to sulphate reduction in sediment from a marine gas hydrate area // Environ. Microbiol. 2002. № 4. P. 296-305.

122. Orphan V. J., House C. H., Hinrichs K.-U., McKeegan K. D., DeLong E. F. Methane-Consuming Archaea Revealed by Directly Coupled Isotopic and Phylogenetic Analysis // Science, 2001. Vol. 293. P. 484-487.

123. Prior S., Dalton, H. Acetylene as a suicide substrate and active site probe for methane monooxygenase from Methylococcus capsulatus (Bath) // FEMS Microbiology Letters, 1985. Vol. 29. P. 105-109.

124. Sorensen K.B., Finster K., Ramsing N.B. Thermodynamic and Kinetic134

125. Requirements in Anaerobic Methane Oxidizing Consortia Exclude Hydrogen, Acetate, and Methanol as Possible Electron Shuttles // Microb. Ecol., 2001. Vol. 42. P. 1-10.

126. Stahl D.A., Amann R. Development and application of nucleic acid probes // In. E. Stackbrandt and M. Goodfellow (ed.), Nucleic Acid Techniques in Bacterial Systematics. 1991. Wiley, New York, N.Y.P. 205-248.

127. Umarov M.M. Biotic sources of nitrous oxide in the context of the global budget of nitrous oxide/ Soils and the greenhouse effect. John Wiley & Sons Ltd., Chichester, 1990, pp.263-268.

128. Umarov M.M., Stepanov A.L. Microbial formation and consumption of N20 in soil/ Abstracts, 2nd session, 11th International Symposium on Environmental Biogeochemistry. Salamanca. 1993.

129. Urmann K., Schroth M.H. Recovery of in-situ methanotrophic activity following acetylene inhibition//Biogeochemistry, 2008. №89. P. 347-355.

130. Watanabe I., Takada G., Hashimoto T., Inubushi K. Evaluation of alternative substrates for determining methane-oxidizing activies and methanotrophic populations in soils // Biology and Fertility of Soils, 1995. Vol. 20, № 2. P. 101106.

131. Zehnder A. J. B., Brok T. D. Anaerobic Methane Oxidation: Occurrence and

132. Ecology // Applied and Environmental Microbiology, 1980. Vol. 39, № 1. P. 194— "204:-------------------------------------------- “

133. Zumft W.G. Cell biology and molecular basis of denitrification // Microbiol. Rev, 1997. Vol. 61. P.533-616.