Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья

Каширская, Наталья Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья"

На правах рукописи

КАШИРСКАЯ Наталья Николаевна

/Йи^.

МИКРОБНАЯ БИОМАССА ПОДКУРГАПНЫХ ПАЛЕОПОЧВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 03.00,27 — почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж-2006

Работа выполнена в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.

Научный руководитель кандидат биологических наук

Хомутова Татьяна Эдуардовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Яблонских Лидия Александровна

кандидат биологических наук Кузнецова Татьяна Васильевна

Ведущая организация Институт фундаментальных

проблем биологии РАН

Защита состоится «£$» 2006 г. час.на

заседании диссертационного ^совета Д 212.038.02 Воронежского

государственного университета по адресу: 394006, г.Воронеж, Университетская пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан т>> г.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета Брехова. Л.Й.

Актуальность работы. Микроорганизмы являются динамичной и специфической частью почв. Они преодолевают стрессовые условия окружающей среды (неблагоприятный гидротермический режим, недостаток питания н др.) и сохраняются в ней неопределенно долго посредством перехода в покоящееся состояние (Звягинцев, 1985; Эль-Регистан, 2001). В последние годы все большее распространение получают исследования состояния микробных сообществ палеопочв археологических памятников (курганы, поселения) (работы Т.С. ДемкиноЙ, Т.Э. Хомутовой, О.Е. Марфениной, Е.В. ЕлагодатсхоЙ и др.). Установлено, что в степных подкурганных палеопочвах сохраняются культивируемые микроорганизмы. При высеве водной суспензии, приготовленной из почвенных образцов, они хорошо развиваются на агаризованных питательных средах. Используя различные по составу питательные среды, удалось выяснить пищевые (трофические) предпочтения микроорганизмов, определить их численность и на основании этого с определенной долей вероятности судить о природной обстановке в ту или иную историческую эпоху. При изучении микробных сообществ современных и погребенных почв засушливых природных регионов (сухие степи, полупустыни) логично предположить, что значительная часть сообществ находится в состоянии покоя и не развивается на питательных средах. В связи с этим актуальной проблемой становится определение суммарной биомассы микроорганизмов, включающей максимальное число клеток на разных стадиях их жизненного цикла.

Цель исследований: Оценка суммарной микробной биомассы подкурганных и современных степных почв и установление закономерностей ее пространственно-временной изменчивости.

Задачи исследований:

1. Изучение морфологических и химических свойств подкурганных и современных почв сухостшной (Приволжская возвышенность) и пустынно-степной (Ергенинская возвышенность) зон.

2. Совершенствование методического подхода определения суммарной микробной биомассы почв.

3. Определение суммарной микробной биомассы в профиле (горизонты А1, В1, В2) подкурганных и современных каштановых и светло-каштановых почв.

4. Определение размеров и характеристика состояния микробных клеток, оценка биомассы и биоморфологаческой структуры грибного мицелия подкурганных и современных почв.

5. Выявление взаимосвязи вековой динамики суммарной микробной биомассы подкурганных палеопочв с пространственно-временной изменчивостью условий почвообразования.

Научная новизна:

способа оценки полноты выделения микробной фракция, что позволило определить микробную биомассу в почвенных горизонтах с низким содержанием органического углерода.

2. Впервые установлены закономерности пространственно-временной изменчивости суммарной микробной биомассы в профиле разновозрастных подкурганных палеопочв различных природных зон.

3. Впервые в подкурганных палеопочв ах степной зоны определены размеры и выявлены адаптационные особенности строения микробных клеток, оценена биомасса н структура грибного мицелия.

4. Установлено, что вековая динамика суммарной микробной биомассы почв отвечает общим закономерностям изменчивости климатических условий за историческое время.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной Нижневолжской археологической конференции, Волгоград, 2004, Ш Всероссийской конференция «Гуминовые вещества в биосфере», С-Петербург, 2005, XI и ХП Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным паукам «Ломоносов», Москва, 2005-2006, 8-й и 9-й международных Путинских школах-конференциях «Биология — наука XXI века», Пущиио, 2005-200б, на конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии», Москва, 2005, на ежегодной Ассамблее Европейского Союза по геонаукам, Вена, 2006.

Материалы работы включены в научные отчеты по гранту РФФИ № 03-04-48135 и Программе № 16 фундаментальных исследований Президиума РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Практическая значимость. Усовершенствованная методика оценки микробной биомассы может применяться в исследованиях погребенных и современных почв, а также в учебном процессе, в спецкурсах по специальности почвоведение.

Структура и объём работы. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы и приложение. Текстовая часть занимает 104 страницы, иллюстрирована 10 таблицами и 18 рисунками. Список цитируемой литературы насчитывает 188 наименований, в том числе 75 иностранных источников.

Автор глубоко признателен научному руководителю к.б.н. Т.Э. Хомутояой за поддержку и консультации при осуществлении научных исследований. Автор выражает благодарность заведующему лабораторией археологического почвоведения проф. В.А. Демкину и сотрудникам этой лаборатория, а также сотрудникам лаборатории электронной микроскопии ИБФМ РАН д.б.н. проф. В.И. Дуде, к.бл. В.В. Дмитриеву и к.б.н. Н.Е. Су зиной за большую помощь в организации исследований н в интерпретации полученных данных.

Полевые исследования проводились совместно с археологическими экспедициями Волгоградского государственного университета и

Государственного Исторического музея под руководством к.и.н. И.В. Сергацкова и к.и.н. Н.И. Шишлиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Проблемы изучения палеопочв погребальных археологических памятников (курганов) степной зоны,

В последние десятилетия широкое распространение получили палеопочвенные исследования курганов различных эпох в степной зоне Евразии (работы А.Л.Александровского, А.О-Алексеева, Т.В .Алексеевой, Б.П. Ахтырцева, AJ3. Ахтырцева, A3 .Борисова, А.Н-Геняадиева, ВА.Демхина, Т.С.Демкиной, М.И.Дергачевой, В.П.Золотуна^ ШЗ.Иванова, Ф.НЛпседкого, Л.СЛесочиной, ЛЛ. Плехановой, С. А. Сычевой, О.С.Хохловой, Ю.Г.Чендева и др.). Подкурганные палеопочвы дают информацию о пространственно-временной изменчивости почвенных свойств и процессов и эволюции почв за последние 5000-6000 лет, о вековой динамике климата. В результате для различных природных районов евразийских степей удалось установить стадии развития почв, направленность и скорость миграции солей, карбонатов, особенности процессов солонце- и гумусообразов ания, текстурной дифференциации профиля.

Количественные и качественные характеристики почвенных параметров позволяют судить об особенностях природной среды в момент сооружения археологического памятника и в предшествующее время. Эти индикаторные почвенные свойства выстраиваются иерархически в зависимости от их характерного времени трансформации (Демкнн и др., 2000).

Репрезентативность природных реконструкций при сравнительном изучении палеопочв археологических памятников определяются сохранностью их исходных свойств. Некоторые из них претерпевают диагенетические изменения (Золотув, 1974; Александровский, 1984, 1987; Губин, 1984, Демкнн, Иванов, 1987; Демкин, Лукашов, 1987; Иванов, 1992; Демкина, Демкин, 1994; Демкин, Рысков, 1994). Наименее устойчивы к диагенезу гумусовый и солевой профили. К наиболее информативным почвенным признакам, заметно не подверженным процессу диагенеза, относятся стратификация профиля на генетические горизонты, цвет верхнего горизонта А1, структура иллювиального горизонта В, глубина залегания, мощность солевого, гипсового и карбонатного горизонтов. Степень сохранности во времени как подкурганных палеопочв в целом, так и отдельных их свойств и признаков зависит от высоты насыпи, уровня залегания грунтовых вод, геоморфологического положения памятника, характера современного использования участка, на котором расположен курган (Демкин, 1997).

1.2. Эволюция почв южнорусских степей за историческое время.

В результате широкомасштабных исследований подкур ганлых палеопочв Юга России получены новые представления об эволюции степных почв за последние 5000-6000 лет (Демкин и др., 1998,2001, 2004; Демкин, 1990,1997,1999; Алексеев и др, 2000,2003; Песочина и др., 2000; Александровский, 2002; Борисов, 2002; Песочина, 2004; Якимов, 2004; Борисов и др., 2006). В позднем энеолите {IV тыс. до н.э.) на дренированных равнинах региона были развиты палеопочвы более северного облика. На протяжении раннего и среднего бронзового века (Ш тыс. до н.э.) условия почвообразования изменились, что привело к активному развитию солонцового процесса, снижению содержания гумуса, накоплению в верхней метровой толще карбонатов, легкорастворимых солей и гипса (Каширская, 2005). Ведущее место в почвенном покрове peni она заняли зональные (каштановые или бурые полупустынные) солонцеватые солончаковатые почвы. В пограничных областях вочвенно-географических зон природные рубежи сдвинулись к северу. В конце Ш тыс. до н.э. резко интенсифицировался процесс дефляции почв. В результате на рубеже Ш-П тыс. до н.э. распространились каштановидные карбонатные несолонцеватые засоленные палеопочвы, не имеющие аналогов в современном почвенном покрове. Однако уже в первой половине Птыс. до н.э. каштановидные почвы эволюционировали в каштановые либо светло-каштановые. Вторичное развитие получил солонцовый процесс. В итоге около 3500 лет назад сформировался современный облик структуры почвенного покрова, представленный зональными подтипами почв, солонцами и почвами лугового ряда. Во второй половине П тыс. до н.э. в ряде районов Приволжской и СреднеРусской возвышенностей выявлена эволюция каштановых почв в темно-каштановые со смещением природных границ к югу. В целом палеопочвы финала эпохи бронзы (XV-XIII вв. до н.э.) характеризовались большей гумусированн остью н меньшей засоленностью по сравнению с предшествующим и последующим периодами. В начале раннего железного века (первые века I тыс. до н.э.) палеопочвы Нижнего Поволжья приобрели более выраженные черты арндности: усилилась солонцевато сть и засоленность, несколько снизилось содержание гумуса. В составе почвенного покрова доминировали солонцеватые солончаковатые каштановые, светло-каштановые и бурые полупустынные почвы. В хроноиитервале 2500-1600 лет назад (савромато-сарматская эпоха) имела место динамика почвенных свойств на уровне родовых признаков. Существенное преобразование палеопочвы претерпели в золотоордынское время (Xm-XIV в.в. н.э.) (Якимов, 2004; Демкин, Якимов, Алексеев, Каширская, Ельцов 2006), По сравнению с раннежелезным веком в них резко снизилась глубина залегания и содержание солей, произошла перестройка карбонатного профиля, увеличилось содержание гумуса, признаки солонцеватости приобрели остаточный характер. На территории

Северных Ергеней в пограничной волосе произошла экспансия сухостепных ландшафтов в пределы пустынно-степных с эволюцией светло-каштановых солонцеватых солончаков атых почв в каштановые остаточно-солонцеватые глубокосолончаковатые.

13. Микробиологические исследования погребенные почв.

К числу важнейших диагностических показателей, отражающих условия почвообразования, относится характеристика микробного сообщества почвы.

В последние 10-15 лет убедительно показано, что микробиологическая характеристика погребенных почв и осадочных пород является весьма информативной и может быть использована при изучении плейстоценово-голоценового педогенеза, а также динамики природных условий в масштабе геологического времени. В частности, это подтверждается исследованиями коллектива авторов под руководством Д.Г. Звягинцева в тундровой зоне России, Д.А. Гиличинского с соавторами, Е.И. Фридмана и других в Антарктиде и Арктике, где в вечномерзлых разновозрастных отложениях микробный комплекс оказался надежно законсервированным и сохранил исходные особенности (Звягинцев и др., 1985; Хлебникова и др., 1990; Friedman, 1993). Известны работы ряда зарубежных авторов (Colwell, 1989; Sinclair, GMorse, 1989; McMahon et al., 1990;) по изучению микробиологии глубоких (от нескольких десятков до сотен метров) осадочных пород, не подверженных влиянию мерзлотных явлений. Показано присутствие активных микроорганизмов в этих отложениях, хотя их возраст составляет сотни тысяч лет. Первые данные, характеризующие микробоценозы более молодых палеопочв и осадков умеренных широт средне- и позднеголоценового возраста появляются в работах З.А, Савостьяновой и ВД. Нащокина (Савостьянова, Нащокин, 1974) по почвам, погребенным под курганами раннежелезного века (татарская культура, П-I вв. до н.э.) в черноземной зоне Алтая; В.П. Золотуна (Золотун, 1974) по подкурганным палеопочвам Бронзового века (5000-4200 и 3200-2800 лет назад), скифского времени (2600-2400 лет назад) в подзонах обыкновенных и южных черноземов в зоне каштановых почв Украины; И А. Крупеникова (Крупеников, 1992) по почвам, погребенным под Траяновым валом в начале нашей эры в черноземной зоне Молдовы. В этих работах констатируется наличие живых микроорганизмов в погребенных почвах и отмечается их существенно меньшая численность по сравнению с современными почвами. Следующий этап исследований микробных сообществ погребенных почв включал определение численности микроорганизмов различных трофических групп и грибных колониеобразуюгцих единиц (Борисов, Демкин, 2000; Демкина и др., 2000, 2003). Были получены принципиально новые данные о пространственно-временной изменчивости трофической структуры микробного сообщества, отражающей динамику почвеыно-ландтафтных и климатических условий.

В работах Т.С. Демкияой и Е.В. БлагодатскоЙ проводилась оценка биомассы легкоактнвируемых микроорганизмов, дающих отклик на внесение глюкозы (Демкина и др., 2004; Благодатский, Благо датская, 2005).

Важным вопросом является определение суммарной микробной биомассы погребенных почв, включающей микробные клетки на разных стадиях их жизненного цикла.

Существуют различные группы методов определения биомассы почвенных микроорганизмов. Биохимические и физиологические методы позволяют оценить в основном активную часть микробной биомассы. Биохимические методы основаны на определении содержания в почве компонентов микробной плазмы: ДНК (Работнова, Помозгова, 1979), АТФ (Nannipieri et al., 1978), мурамовой или диапимелиновой кислоты, (Millar, Casida, j 1970; Durska, Kasziibiak, 1980) хитина (Swift, 1973) или суммы внутриклеточных соединений, высвобождающихся в среду после фумигации {Jenkinson, Powlson, 1976; Brookes et al., 1982; Ayanaba et al., 1976). Чтобы найти пересчетный коэффициент от этих показателей к биомассе, необходимо строить калибровочные кривые с использованием метода прямого микроскопирования. Биохимические методы обладают высокой точностью и воспроизводимостью, однако связь показателей с биомассой, выраженной в весовых единицах, неоднозначна и различна для разных микроорганизмов. Физиологические методы учитывают функционально активные компоненты клеток. Классический физиологический метод субстрат индуцированного дыхания (СИД) заключается в измерении начальной скорости выделения СО2, индуцированного внесением доступного органического субстрата (глюкозы), и последующем пересчете этой скорости на содержание микробного углерода (Anderson, Domscb, 1978). Одним из методов, применявшихся для поиска пересчетного коэффициента при разработке СИД, был фумигационный метод. Метод субетрат-индуцированного дыхания прост в исполнении, воспроизводим, но он учитывает, с очевидностью, биомассу активных, не покоящихся форм микроорганизмов. (Веаге et al., 1990; Hassink, 1993; Wardle, GhaínÍ,1995),

Метод посева на агаризованные среды, где в качестве показателей используются число колониеобразующих единиц и «предельные разведения», не позволяет найти коэффициент пересчета от этих показателей к биомассе. К недостаткам этого метода относятся неполнота учета, несоответствие условий роста условиям in situ, варьирование числа КОВ из-за агрегации и дробления клеток.

Метод прямого микроскопирования, где в качестве показателей используется численность клеток либо длина и диаметр мицелия, позволяет найти коэффициент пересчета к биомассе. Однако довольно трудно дифференцировать клетки на живые и мертвые, трудно отличить микроорганизмы от почвенных частиц, еще труднее выбрать коэффициент

пересчета от числа клеток к биомассе. (Domsch et al., 1979; Мирчинк, Паников, 1985; Brookes et al., 1986; Scheu, Parkinson, 1994).

Кинетические методы (Паников и др., 1985; Panikov, Sizova, 1996) регистрируют скорость превращения вносимого в почву' субстрата и позволяют рассчитать биомассу соответствующей функциональной группы микроорганизмов по математической кинетической модели, имитирующей динамику микробиологического процесса in situ. Методы обладают высокой точностью и воспроизводимостью, позволяют дифференцированно находить микробную биомассу прокариот и эукариот. Однако они не учитывают покоящиеся формы микроорганизмов.

Перечисленные методы определения микробной биомассы часто опираются на различные методы фракционирования почв (Faegri et al., 1977; Hopkins et al., 1991). Фракционирование почв позволяет определять биомассу различных групп микроорганизмов.

Таким образом, вопросы определения суммарной микробной биомассы при исследовании погребенных почв приобретают особую актуальность. Значительная часть микробного сообщества в этих почвах пребывает в покоящемся состоянии. Эта часть представляет собой те самые клетки, которые не растут на питательных субстратах, не дают отклика на внесение глюкозы и не разрушаются под действием фумигантов. Методический подход, позволяющий определить' суммарную микробную биомассу погребенных почв, впервые был предложен Т.Э. Хомутовой и Т.С. Демкиной (Демкина, Хомутова и др., 2004). Суть этого подхода заключалась в выделении из почв микробной фракции с оценкой полноты ее выделения. Выделение микробной фракции ранее было предложено Фэгри (Faegri et al., 1977), Оценка полноты ее выделения была принципиально новым этапом. Одним из важных вопросов, возникших при введении этого этапа, был вопрос о распределении микробных клеток по фракциям. Балквиль с соавторами (Balkwill et al., 1975) показал, что распределение бактерий между фракциями является случайным, однако, если применить прямое микроскотшрование и чашечный счет к одним и тем же фракциям, получается сходное распределение. Это указывает на то, что метод быстрого фракционирования без внесения в почву активирующих веществ не является селективным для микроорганизмов, способных к росту на питательных средах. Поэтому число колониеобразующнх единиц в почвенных фракциях можно использовать как метку всего микробного сообщества для расчета полноты выделения микробной фракции. Предложенный методический подход позволил рассчитать суммарную биомассу палеопочвенных микроорганизмов. Сопоставление последней с биомассой метаболически активных микроорганизмов, учитываемых методом С ИД, позволило дать сравнительную характеристику состояния микробных сообществ в палеопочвах различного возраста и современных фоновых почвах (Khomutova, Kashirskaya et а], 2006; Демкина, Хомутова, Каширская, Демкин, Борисов, 2006),

ГЛАВА 2. РАЙОН И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследований охватывает сухостепную и пустынно-степную зоны Нижнего Поволжья.

Объектами исследований послужили разновозрастные археологические памятники (12 курганов) эпохи бронзы, раннего железа и средневековья (табл.1, рис Л).

Таблица 1. Время сооружения и приуроченность к природным районам исследованных археологических памятников (курганов)_

Сухостепная зона, каштановые почвы (Авиловский хроноряд) Пустынно-степная зона, светло-каштановые почвы (Чограйский хроноряд)

Рубеж 4-3 тыс. до н.э., 5000 л л. 5100±50 л.н.

1-я четв. 3 тыс. до н.э., 4800 л.н. 4410±100 л.н.

Рубеж 3-2 тыс. до н.э., 4000 л.н. 4300±100 я. в.

1 в. 1950 Л.Н. 4260±120 л.В.

2-3 вв. н.э.,1800 л.н. 4120&70 я.н.

13 в. н.э., 750 л.н. 3960±40 л.н.

Время сооружения объекта «Авиловский» относится к раннему и среднему этапам бронзового века (5000-4000 лег назад), к эпохам раннего железа (1950-1800 лет назад) н средневековья (750 лет назад). Время сооружения курганов объекта «Чограйскин» относится к раннему и среднему этапам бронзового века (5100 — 3960 лет назад). Таким образом, объектами исследований были два хроноряда подкурганных палеопочв, приуроченных к различным почвенно-геотрафическим зонам. Контролем служили современные каштановая и светло-каштановая почвы.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для изучения погребенных и современных фоновых почв использовались почвенно-археологический; химико-аналитические, микробиологические и биохимические метода. Был усовершенствован методический подход, предложенный Т.Э. Хомутовой (Хомутова и др., 2004).

Для микробиологического анализа использовали образцы горизонтов А1, В1 и В2. Общая схема метода (рис. I) включала выделение микробной фракции из почв, оценку полноты ее выделения, определение органического углерода микробной фракции и расчет суммарной микробной биомассы. Схема выделения и очистки микробной фракции включала дезинтеграцию почвенных частиц, десорбцию и экстракцию клеток с почвенных частиц с помощью ультразвуковой обработки, экстракцию микробных клеток путем суспендирования в различных экстр агентах, очистку микробной фракции и ее осаждение из полученных экстрактов. Производился подбор наиболее эффективного экстрагента, для этого сравнивали действие 0,01% раствора додецилсульфата натрия и 0,5% раствора пирофосфата натрия. Оценка полноты выделения микробной фракции проводилась двумя способами. Первый способ основывался на определении численности колоннеобразующих микроорганизмов (КОЕ) в

неосажденной суспензии микробной фракции (супернатанте) и в почвенном осадке. При этом число КОЕ использовалось как метка всего микробного сообщества. Численность КОЕ в супернатанте и почвенном осадке определяли посевами на чашках с агаризованной средой (почвенный агар) общепринятым методом. По соотношению КОЕ в супернатанте и почвенном осадке судили о доле экстрагированных клеток, то есть, о полноте выделения микробной фракции.

Второй способ основывался на определении общей численности микробных клеток в супернатанте и почвенном осадке методом прямого счета под люминесцентным микроскопом с использованием красителя ОАР1. Для микропрепаратов алнквогы супернатанта и суспензии почвенного осадка наносились на предметные стекла, окрашивались и подсчитывали«,. Полноту выделения микробной фракции рассчитывали как процент числа микробных клеток в объединенном супернатанте от их суммы в супернатанте и почвенном осадке. Органический углерод микробной фракции определялся методом мокрого сжигания со спеюрофотометрическим определением остаточного бихромата. Расчет суммарной микробной биомассы проводился по формуле СМБ=С(МФ)/ПВ (МФ) * 100, где С МБ — суммарная микробная биомасса, мкг С /г почвы; С(МФ) - выделенный углерод микробной фракции, мкг С/ г почвы; ПВ(МФ) — полнота выделения микробной фракции, %. Определение биомассы мицелизльных форм грибов проводилось методом Хансена в модификации Т.С. ДемкиноЙ и ТТ. Мирчинк. (Демкииа, Мирчинк 1983). Оценка состояния микробных клеток (размеры, ультраструктура) проводилась методами электронной микроскопии с использованием методов низкотемпературного (НТФМ) (Дмитриев и др., 2004) и дробного фракционирования.

Рис. 1. Общая схема определения суммарной микробной биомассы

ГЛАВА 4. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1ЮДКУРГА1ШЫХ И СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ

Палеопочвы Авиловского хроноряда характеризуются как каштановые различной степени солонцеватости и засоленности. Почва, погребенная 4000 лет назад, диагностирована как каштановидная. Почвы имели слабощелочную реакцию. Содержание органического углерода в горизонте Al в современной почве достигало 1,3%, а в палеопочвах не превышало 0,9%. Полевая влажность почв в отдельных случаях варьировала от 7 до 19%, но, как правило, составляла 8-10%. Палеопочвы ЧограЙского хроноряда характеризуются как светло-каштановые различной степени солонцеватости и засоленности. Почва, погребенная 3960 лет назад, также диагностирована как каштановидная. Реакция почв слабощелочная. Содержание органического углерода в горизонте Al в современной почве составляло около !%, а в палеопочвах не превышало 0,5%. Палевая влажность почв в отдельных случаях варьировала от 3,5 до 16%, но, как правило, составляла 7-9%. Проанализированы данные о средневзвешенных содержаниях в исследуемых почвах карбонатов, гапса н легкорастворимых солей в слоях 50, 100 в 200 см соответственно (рис. 2). В каштановых палеопочвах сухо степной зоны (АвиловскиЙ хроноряд) динамика содержания этих компонентов в целом была синхронной и однотипной. Наиболее высокое их количество отмечено в каштановидной палеопочве рубежа 3-2 тыс. до н.э, что свидетельствует об арндизации климата. Значительное уменьшение этих показателей отмечено в палеопочвах, погребенных 1950 и 750 лет назад, что свидетельствует об увеличении количества атмосферных осадков в это время. В светло-каштановых палеопочвах пустынно-степной зоны (ЧограЙскиЙ хроноряд) наблюдается хорошо выраженная тенденция увеличения этих показателей в хроноинтервале 5100-4000 л .н., что свидетельствует об усилении аридизацпи климата, имевшей место на протяжении этого времени (Каширская, 20056, Борисов и др., 2006). Выявленные закономерности динамики почвенных свойств должны были найти отражение и на величине микробной биомассы палеопочв. Перейдем к обсуждению результатов микробиологических исследований.

ГЛАВА 5. МИКРОБНАЯ БИОМАССА ПОДКУРГАННЫХ

И СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЕЕ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

5.1. Совершенствование метода выделения микробной фракции

Эксперименты проводились на фоновых светло-каштановой (Б1, разрез Д-531, Чограйский хроноряд) и каштановых (К2, разрез Д-505 и К2, разрез Д-533) почвах (рис. 3). Производился подбор наиболее эффективного экстр агента, для этого микробную фракцию выделяли двумя способами. Сравнивали эффективность 0,01% раствора додецилсульфата натрия (ДСН) и 0,5% раствора пирофосфата натрия (ПН).

5000 4410 4300 4260 4120 3960 Совр. Время погребения, лег назад

■ Карбонаты (0-50 см) ОГипс (0-100 см) ШЛРС (0-200см)

Рис. 2. Средневзвешенное содержание карбонатов (слой 0-5Осм), гипса (слой 0-100 см) и легкорастворимых солей (слой 0-200 см) в почвах Авиловского хронорлда (А) и Чогранского хроноряда (Б)

Микробный углерод, выделенный из современных фоновых почв с помощью ПН, в большинстве случаев превышал таковой для ДСП в 1,6 — 2,3 раза (рис. 3). Для горизонтов В1 и В2 светло-каштановой почвы его значения были близкими. Таким образом, пирофосфат натрия оказался более эффективным экстр агентом по сравнению с додецнлсульфаггом натрия, поэтому он использовался в наших исследованиях (Каширская, 2005а).

Оценка полноты выделения на основании двух различных методов — чашечного счета на почвенном агаре и люминесцентной микроскопии — (рис. 4, 5), дала сходные результаты. Были проанализированы профили двух современных н двух погребенных почв. Из 12 образцов в 10 не было выявлено достоверных различий величин полноты выделения, определенных способом подсчета числа КОЕ и методом прямого

микроскопнрования (Каширская, Хомутова, Демкин, 2006). Таким образом, любой из этих методов может быть использован для расчета общей микробной биомассы почв. Для современных фоновых почв в различных экспериментах полнота выделения варьировала и определялась отдельно для каждого эксперимента. Для горизонта А1 она достигала 41%, для горизонта В1 - 70 %, для горизонта В2 - 80%. В налеопочвах полнота выделения, как правило, была существенно выше, чем в современных почвах. Для каждой палеопочвы полнота выделения определялась отдельно. В горизонте А1 она достигала 92%, в горизонте В1 — 94% и в горизонте В2 -79%.

] I

з 1600?

£ 1ЯЮ-

I еоо-| 400 •

и о -

р|р

А1 | В1 ! В2 I А1

К1,р. Д-531 К

ПН I

[ В1 I В2 | [ А1 | В'

К2, р. Д-505

■ ПСНОПН

А1 ( В1 Т В2 К2,р.Д-533

Рис. 3. Микробный углерод, выделенный из фоновых почв двумя различными экстрагентами

60 ■ # 40 ■ 20 ■ 0 ■ А1 ] В1 \ В2 Свйрмммнац лот | А! | Почва, пофвбвнивк 1 | В2 ДО0л*г назад

Рис. 4. Полнота выделения микробной фракции из светло-каштановых почв, вычисленная на основе прямого счета (ПС) и чашечного счета (ЧС)

Рис. 5. Полнота выделения микробной фракции из каштановых почв, вычисленная на основе прямого счета (ПС) и чашечного счета (ЧС)

5.2. Динамика суммарной микробной биомассы почв и ее связь с пространственно-временной изменчивостью условий почвообразования

На основании данных по величине выделенного углерода микробной фракции и полноте выделения была рассчитана суммарная микробная биомасса С МБ исследуемых почв (рис. б, 7). Не выявлено связи между величиной СМБ и высотой насыпн, а также между С МБ и возрастом погребения палеопочв. В большинстве случаев максимальная СМБ в каштановых палеопочв ах зафиксирована в горизонте А1 (1700 — 850 мкг С / г почвы) Как правило, она снижается или равномерно распределена по профилю. В палеопочвах, погребенных 5000 и 750 лег назад, распределение суммарной микробной биомассы по профилю наиболее близко к современной почве, для которой характерно резкое снижение (в 3 раза) СМБ в солонцовом горизонте В1 (Демкина, Хомутова, Каширская, Демкин, Борисов, 2006). Микробная биомасса в светло-каштановых палеопочвах также не снижалась монотонно в зависимости от возраста погребения. Здесь максимальная суммарная биомасса отмечена, как правило, в горизонте В2 (550-1200 мкг С / г почвы), тогда как в горизонте А1 она не превышает 700 мкг С / г почвы и преимущественно составляет 350-500 мкг С / г почвы. В большинстве случаев в палеопочвах СМБ возрастает в глубь профиля в отличие от современной почвы, где отмечается резкое снижение СМБ в горизонте В2 (от 3100 до 750 мкг С / г почвы) (Kbomutova, Kashirskaya et al, 2006).

В каштановых почвах, как погребенных, так и современных, средневзвешенная величина суммарной микробной биомассы (гор. Al, В1, В2), была в 1,5-2 раза выше, чем в светло-каштановых (рис. 8, 9). В палеопочвах сухостепной и пустынно-степной зоны, время погребения которых сходно (5100, 5000 и 4800 лет назад) величина суммарной микробной биомассы была близка и составляла около 1000 мкг С/ г почвы. В палеопочвах, погребенных 5000 и 4800 лет назад, ее различия были

недостоверны так же, как и в палеопочвах, догребенных 4800 и 4000 лет назад. Но в целом в хроноинтервале от 5000 до 4000 лет назад суммарная микробная биомасса имела тенденцию к повышению. Это должно ухазывать на повышение уровня атмосферной увлажненности, однако входит в противоречие с почвенными данными, которые свидетельствуют об аридизации климата. Для хроноинтервала 5000-4000 лет назад в Авиловском хроноряде мы имеем только три точки, две из которых близки и могут перекрываться. В более дробном Чограйскогом хроноряде динамика средневзвешенной суммарной микробной биомассы сглажена и имеет явно выраженную тенденцию к снижению во времени (КЬоппйо-уа, КаэЬшкауа е£ а1, 2006). Так, максимальное ее значение было в светло-каштановой почве, погребенной 5100 лет назад (1000 мкг С / г почвы). По содержанию карбонатов, гипса и лепсорастворимых солей эта палеопочва соответствует сравнительно тумидным климатическим условиям. Далее, в хроноинтервале 5000-4000 лет назад, величина средневзвешенной суммарной микробной биомассы постепенно снижалась и достигала своего минимального значения в палеопочве, погребенной 3960 л.н. (550 мкг С / г почвы). По палеопочвенным данным, на время погребения этой почвы приходится максимум аридизации климата.

В палеопочвах, погребенных 1950 и 1800 лет назад величины микробной биомассы были близки и составляли около 800 мкг С / г почвы. Высокие значения средневзвешенной по профилю суммарной микробной биомассы выявлены в палеопочве, погребенной 750 лет назад (1100 мкг С/ г почвы), что согласуется с морфолого-химнческими данными, указывающими на увеличение атмосферной увлажненности в это время.

Таким образом, в относительно влажные климатические эпохи около 5000 лет назад и 700-800 лет назад отмечается увеличение средневзвешенной суммарной микробной биомассы, а в период нарастания аридизации климата (5000 — 4000 лег назад) в палеопочвах Ергенинсхой возвышенности выявлена тенденция ее снижения. Мы не всегда наблюдаем хронологическую корреляцию между величиной суммарной микробной биомассы и морфолого-химическими характеристиками палеопочв, однако в целом ее вековая динамика связана с изменчивостью условий почвообразования.

5.3. Оценка биомассы грибного мицелия

Суммарная микробная биомасса, рассчитанная на основе нашего метода, включает бактериальные клетки и споры грибов. Этот метод не позволяет учитывать мицелиальные формы грибов. Для оценки биомассы грибного мицелия был использован метод мембранных фильтров в модификации Т.С. Дёмкиной и Т.Г. Мирчинк (Демкина, Мирчинк, 1983). Отдельно учитывался светлоокрашенный и темноокрашенкый мицелий. Средневзвешенная биомасса грибного мицелия в профиле каштановой и светло-каштановой палеопочв, догребенных 5000 лет назад, была 34 и 11 мкг С / г почвы. Это составляло, соответственно, 37 и ее содержания в

их современных аналогах (рис. 10). Доля темноокрашенного мицелия в исследуемых почвах достигала 78-96%. Биомасса грибного мицелия не превышала 6 % СМБ, что не вносит существенные изменения в ее расчеты.

вг

1500

| ЮОО 1.

и «00

■ о

—Ш—

та

ЦИЦ

4К00 4000 1»!0 1Ю0 Т!»

Браня погрябонин, лат чязвд

Рис. 6. Суммарная микробная биомасса в горизонтах каштановых почв (Авиловский хроноряд)

вг

140» -|-

Н-й—й—ш—^—

*500 -и—в—■—■—

0 _■■■___ПН_г-НН___ив___

4410 4Э0№ 4260 4120

Вр4КЯ ПОГр«С«ИИ(Ц л«т н»«д

Сорр«мнн*я поч»

им РВ1 авг

Рис. 7. Суммарная микробная биомасса в горизонтах светло-каштановых почв (Чограйский хроноряд)

Рис. 8. Средневзвешенное по профилю содержание суммарной микробной биомассы в профиле почв Авиловского хроноряда

3000 •

2500 ■

| 2000 ■

£ 1500 ■ О

| 1000

500

Я|Ц В

^Н Юи ИД ШЛ

0 -—-1---1---1-——-г-

5100 4410 4300 4260 4120 3960 Соер.

Рис. 9. Средневзвешенное по профилю содержание суммарной микробной биомассы в профиле почв Чограйского хроноряда

5.4. Размер, форма и ультраструстура клеток почв по данным электронной микроскопии

Оценку состояния микробных клеток в современных и погребенных почвах проводили с помощью методов электронной микроскопии. Для этого микробную фракцию выделяли и очищали методом дробного фракционирования. Как в палеопочве, так и в современной почве встречаются кокковидные и палочковидные формы клеток (рис 11). В обеих почвах присутствуют наноформы (клетки диаметром менее 0,3 мкм). Клетки окружены плотными органоминеральными капсулами.

Рис. 10. Биомасса мицелия (А) в современных (1) и погребенных (2) почвах (мкг С/ г почвы) и доля темноокрашенного мицелия (В) в суммарной грибной

Рис. 11. Нативные препараты клеток, выделенных из каштановой почвы, погребенной 5000 лет назади современной каштановой почвы Масштаб 1 мкм.

На ультратонких срезах микробных клеток, выделенных из светло-каштановой почвы, погребенной 5100 лет назад и современной светло-каштановой (рис. 12) видны клетки неправильной формы. И в палеопочве, и в современной почве встречаются наноформы. Органоминеральные капсулы клеток содержат злектронноплоткые кристаллоида, которые, вероятно, представляют собой минералы типа алюмосиликатов. Они, как мы полагаем, помогают клеткам удерживать воду.

Рис. 12. Ультратонкие срезы клеток, выделенных из светло-каштановой почвы, погребенной 5100 лет назад н современной светло-каштановой почвы Масштаб 1 мкм.

биомассе (%)

Кристаллоиды

На основании полученных электронных фотографий клеток были определены средние размеры микроорганизмов (рис. 13). В палеопочвах средние размеры клеток составляют 0,28, а в современных почвах - 0,37 мкм3. Распределение клеток по размерам в палеопочвах и в современных представлено на рисунке. И в тех, и в других почвах чаще всего встречаются клетки размером 0,01-0,09 мкм куб. (41 и 47% в палеопочвах и современных почвах соответственно). Если в палеопочвах вторыми по встречаемости являются клетки на порядок мельче (30%), то в современных почвах — клетки на порядок крупнее (24%). Мы полагаем, что такие мелкие размеры клеток, так же как и плотные органоминеральные оболочки, связаны с особенностями их адаптации к неблагоприятным условиям.

А Встречаемость. %

---—--1————I—1— £0

--4в----за-

■ ■ — ,„—. , ,-„ , и. П -----

-3.s -з -2.« -а -1,5 и -o.s a o.s 1

—........— ■■ ■ ■—■■■■ —. —. . м^ ■ "■

-4 -Э.5 -Э -2.S -2 -1.5 -1 -0,5 0 0,5 1

log a (a - объем клетки, мкм )

Рис. 13. Распределение клеток микроорганизмов по размерам в палеопочвах (А) и современных почвах (Б)

ВЫВОДЫ

1. В хроноинтервале 5000-4000 лет назад в почвах сухостепной и пустынно-степной зон наблюдалось увеличение в 2-5 раз средневзвешенного содержания карбонатов (слой 0-50 см), легкорастворимых солей (слой 0-200 см) и гипса (слой 0-100 см), обусловленное аридиэадией климата. Значительное уменьшение этих показателей отмечено в палеопочвах, погребенных 1950 Я 750 лег назад, что свидетельствует об увеличении количества атмосферных осадков в это время.

2. Усовершенствована методика определения суммарной микробной биомассы (СМБ), включающей клетей на разных стадиях их жизненного цикла кроме мпцелиалъных форм. Показано, что пирофосфат натрия является более эффективным экстрагентом, чем додецилсульфат натрия. Обоснован способ оценки полноты выделения микробной фракции. Установлено, что для расчета СМБ почв могут использоваться как число КОЕ, определенное чашечным методом, так н прямой счет микробных клеток методом люминесцентной микроскопии.

3. В большинстве случаев максимальная СМБ в каштановых палеопочвах зафиксирована в горизонте AI (1700 — 850 мкг С / г почвы) Как правило, она снижается или равномерно распределена но профилю. В палеопочвах, погребенных 5000 и 750 лет назад, распределение суммарной микробной биомассы по профилю наиболее близко к современной почве, для которой характерно резкое снижение (в 3 раза) СМБ в солонцовом горизонте В1.

4.! В светло-каштановых палеопочвах максимальная суммарная биомасса отмечена, как правило, в горизонте В2 (550-1200 мкг С / г почвы), тогда как в горизонте AI она преимущественно составляет 350-500 мкг С / г почвы. В большинстве случаев в палеопочвах СМБ возрастает в глубь профиля в отличие от современной почвы, где отмечается резкое снижение СМБ в горизонте В2 (с 3100 до 750 мкг С / г почвы).

5.; В каштановых почвах, как погребенных, так и современных, средневзвешенная величина СМБ (гор. AI, Bl, В2), как правило, была выше, чём в светло-каштановых. Около 5000 лет назад средневзвешенная величина СМБ в каштановых и светло-каштановых палеопочвах была сходной (около 1000 мкг С / г почвы). В сухостепной зоне наибольшее ее значение отмечается в палеопочвах, погребенных 4000 и 750 лет назад (1000 и 1100 мкг С / г почвы). В светло-каштановых палеопочвах в хроноинтервале 5000 — 4000 лет назад отмечается тенденция снижения СМБ с 1000 до 550 мкг С / г почвы.

6. Биомасса грибного мицелия в профиле каштановой и светло-каштановой палеопочв, погребенных 5000 лет назад, была 34 и 11 мкг С / г почвы, что составляло, соответственно, 37 и 8% ее содержания в их современных аналогах. Доля темноокрашенного мицелия в исследуемых почвах достигала 78-96%. Биомасса грибного мицелия не превышала б % СМБ, что не вносит существенные изменения в ее расчеты.

7. В подкурганных и современных почвах чаще всего встречаются клетки размером 0,01 - 0,09 мкм3 (41 и 47 % соответственно). В палеопочвах вторыми по встречаемости являются клетки на порядок мельче (30%), а в современных почвах — клетки на порядок крупнее (24%). Средний размер клеток в палеопочвах составляет 0,28, а в современных почвах - 0,37 мкм3. В обеих почвах встречаются кокковидные, палочковидные клетки, а также клетки неправильной формы. Наличие плотных органоминераяьных оболочек и мелкие размеры клеток

свидетельствуют об особенностях их ад ал талии к условиям дефицита почвенной влаги.

8. В целом вековая динамика СМБ отвечает закономерностям изменчивости условий почвообразования. В относительно влажные климатические эпохи около 5000 лет назад и 700-800 лет назад отмечается увеличение СМБ, а в период нарастания аридизации климата (5000 — 4000 лет назад) в палеопочвах Ергенивской возвышенности выявлена тенденция ее снижения.

Список публикаций по теме диссертации

1. Каширская H.H. Выделение микробной фракции из каштановой почвы методом экстракции н осаждения /H.H. Каширская // Тезисы докладов XI международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004»: тез. докл, науч. конф., Москва, 2004 г. - М., 2004. - С. 67.

2. Каширская H.H. Выделение микробной биомассы из подкурганных палеопочв разного возраста / H.H. Каширская, Т.Э. Хомутова, В.А. Демкин // Биология - наука XXI века: тез. докл. международной школы-конференции, Пуцщно, 2004 г. — Пущино, 2004. -С. 175.

3. Демкин В .А. Палеопочвы и природная среда степей Нижнего Поволжья в золотоордынское время (ХШ-ХГУ в.в. н.э.) / В.А. Демкин, A.C. Якимов, А.О. Алексеев, H.H. Каширская, MJ3, Ельцов // Почвоведение. 2005. - №2. - С. 133-144.

4. Каширская H.H. Оценка микробной фракции каштановой и светло-каштановой почв / H.H. Каширская // Гуминовыс вещества в биосфере: тез. докл. науч. конф., Санкт-Петербург, 28 февраля — 7 марта 2005 г, - Санкт-Петербург, 2005а. - С. 178.

5. Каширская H.H. Эволюция почв и климатические условия Южных Ергеней в эпоху бронзы, (конец IV-Ш тыс. до н.э.) / H.H. Каширская // Биология - наука XXI века: тез. докл. международной школы-конференции, Пущино, 2005 г. — Пупдано, 20056. - С. 232.

6. Каширская H.H. Характеристика микробных сообществ палеояочв, погребенных под разновозрастными археологическими памятниками / H.H. Каширская, ЯВ. Стретович, В.А. Демкин // Актуальные аспекты современной микробиологии: тез. докл. науч. конф., Москва, 1-4 ноября 2005 г. - М., 2005. - С. 39.

7. Стретович И.В. Оценка микробной биомассы под курганных палеопочв на основе содержания фосфолипидов / И.В. Стретович, H.H. Каширская, М.М. Дуглас, Т.Э. Хомутова // Актуальные аспекты современной микробиологии: тез. докл. науч. конф., Москва, 1-4 ноября 2005 г. - М., 2005. - С. 59.

8. Каширская H.H. Динамика состояния микробных сообществ подкурганных палеопочв Южных Ергеней в связи с изменениями палеоюшматических условий / H.H. Каширская // Тезисы докладов XII Международной конференции студентов и аспирантов по

фундаментальным наукам «Ломоносов-2005»: тез. докл. науч. конф., Москва, 24-27 апреля 2005 г. - М., 2005. - С. 81.

9. Хомутова Т.Э. Оценка состояния микробных сообществ подкур ганных палеоночв Южных Ергеней / Т.Э. Хомутова, Т.С. Демкина,

H.Н. Каширская, В .А. Демхин // Биосферные функции почвенного покрова. - Пущине: ОНТИ ТШЦ РАН, 2005. - С. 103-104.

10. Khomutova Т.Е. The dynamics of microbial biomass in under-kurgan paleosoils of the desert-steppe zone in connection to the variability of climatic conditions / Т.Е. Khomutova, N.N. Kashirskaya, T.S. Demkina, A.V. Borisov,

I.V. Stretovich, V.A. Demkin//Eurasian Soil Science. Supplement 1.2006.

11. Хомутова Т.Э. Динамика микробной биомассы подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны в связи с изменчивостью климатических условий / Т.Э. Хомутова, НЛ. Каширская, Т.С. Демкина, А.В. Борисов, И.В. Стретович, В.А. Демкин // Экология и почвы. Том V. -Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2006. - С. 271-277.

12. Демкин В.А. Интеграция палеопочвоведения и археологии в познании истории природы и общества / В.А. Демкин, Т.С. Демкина, Т.Э. Хомутова, НЛ. Каширская, A3. Борисов, М.В. Ельцов // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. - М.: Наука, 2006. - С. 97—115.

13. Каширская НЛ Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья / НЛ. Каширская, Т.Э. Хомутова, В А. Дёмкин // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем: тез. докл. науч. конф, Иркутск, 2006 г. - С. 87-91.

14. Демкина Т.С. Микробные сообщества палеопочв степной зоны / Т.С. Демкина, Т.Э. Хомутова, Н.Н. Каширская, В.А. Демкин, А.В. Борисов // Степи Северной Евразии: тез. докл. науч. конф, Оренбург, 2006 г. - С. 227-230.

15. Т. Khomutova. Dynamics of microbial communities in paleosoils from Southern Russia steppes as controlled by climatic change during 3 millenium B.C. / Khomutova Т., Demkina Т., Kashirskaya N., Borisov A., Demkin V. // Geophysical Research Abstracts, Vol. 8,00187,2006.

Подписано в печать 22.11-2006. Формат 60x84/16. Усл. п. я. 1,5. Тираж 100. Заказ 934. Издательско-поянграфический центр Воронежского государственного университета. Э94000, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, коы.43, тел.208-853. Отпечатано в лаборатории оперативной печати ИПЦ ВГУ.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Каширская, Наталья Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Проблемы изучения палеопочв погребальных археологических памятников (курганов) степной зоны.

1.2. Эволюция почв южнорусских степей за историческое время.

1.3. Микробные сообщества погребенных почв и методы их изучения.

ГЛАВА 2. РАЙОН И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 4. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИССЛЕДУЕМЫХ ПОЧВ

ГЛАВА 5. МИКРОБНАЯ БИОМАССА ПОДКУРГАННЫХ И СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ЕЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

5.1. Совершенствование метода выделения микробной фракции

5.2. Динамика суммарной микробной биомассы погребенных и современных почв и ее связь с пространственно-временной изменчивостью условий почвообразования

5.3. Оценка биомассы грибного мицелия

Введение Диссертация по биологии, на тему "Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья"

В последние десятилетия начался качественно новый этап в изучении памятников древней и средневековой истории общества как памятников природы. Широкое распространение получили палеопочвенные исследования курганов различных эпох в степной зоне Евразии (работы А.Л.Александровского, А.О.Алексеева, Т.В.Алексеевой, Б.П. Ахтырцева, А.Б. Ахтырцева, А.В.Борисова, А.Н.Геннадиева, В.А.Демкипа, Т.С.Демкиной, М.И.Дергачевой, В.П.Золотуна, И.В.Иванова, Ф.Н.Лисецкого, Л.С.Песочиной, Л.Н.Плехановой, С.А.Сычевой, О.С.Хохловой, Ю.Г.Чендева и др.). Подкурганные палеопочвы дают информацию о пространственно-временной изменчивости почвенных свойств и процессов за последние 5000-6000 лет.

К числу важнейших диагностических показателей, отражающих условия почвообразования, относится характеристика микробного сообщества почвы. Микроорганизмы являются динамичной и специфической частью почв. Они преодолевают стрессовые условия окружающей среды (неблагоприятный гидротермический режим, недостаток питания и др.) и сохраняются в ней неопределенно долго посредством перехода в покоящееся состояние (Д.Г. Звягинцев, 1985; Г.И. Эль-Регистан, 2001). Характеристика состояния почвенного микробного комплекса представляет интерес не только в познании истории его формирования, но и при проведении палеоэкологических реконструкций. В последние 10-15 лет убедительно показано, что микробиологическая характеристика погребенных почв и осадочных пород является весьма информативной и может быть использована при исследовании плейстоценово-голоценового педогенеза, а также при изучении динамики природных условий в масштабе геологического времени. Это подтверждается исследованиями Д.Г.Звягинцева в тундровой зоне России, Д.А.Гиличинского, Е.И.Фридманна и других в Антарктиде и Арктике, где в вечномерзлых разновозрастных отложениях микробный комплекс оказался надежно законсервированным и сохранил исходные особенности (Звягинцев и др., 1985; Хлебникова и др., 1990; Friedman, 1993). Известны работы ряда зарубежных авторов (Colwell, 1989; McMahon et al., 1990; Sinclair, Ghiorse, 1989) no изучению микробиологии глубоких (от нескольких десятков до сотен метров) осадочных пород, не подверженных влиянию мерзлотных явлений. Показано присутствие активных микроорганизмов в этих отложениях, хотя их возраст составляет сотни тысяч лет.

В последние годы все большее распространение получают исследования состояния микробных сообществ палеопочв археологических памятников (курганы, поселения) (Работы Т.С. Демкииой, Т.Э. Хомутовой, О.Е. Марфениной, Е.В. Благодатской и др.). Установлено, что в степных подкурганных палеопочвах сохраняются культивируемые микроорганизмы. При высеве водной суспензии, приготовленной из почвенных образцов, они хорошо развиваются на агаризованных питательных средах. Используя различные по составу питательные среды, удалось выяснить пищевые (трофические) предпочтения микроорганизмов, определить их численность и на основании этого с определенной долей вероятности судить о природной обстановке в ту или иную историческую эпоху. При изучении микробных сообществ современных и погребенных почв засушливых природных регионов (сухие степи, полупустыни) логично предположить, что значительная часть сообщества находится в состоянии покоя и не развивается на питательных средах. В связи с этим актуальной проблемой становится определение суммарной биомассы микроорганизмов, включающей максимальное число клеток на разных стадиях их жизненного цикла.

Целью исследований была оценка суммарной микробной биомассы подкурганных и современных степных почв и установление закономерностей ее пространственно-временной изменчивости.

Реализация поставленной цели достигалась путем решения следующих задач:

1. Изучение морфологических и химических свойств подкурганных и современных почв сухостепной (Приволжская возвышенность) и пустынно-степной (Ергенинская возвышенность) зон.

2. Совершенствование методического подхода определения суммарной микробной биомассы почв.

4. Определение размеров и характеристика состояния микробных клеток, оценка биомассы и биоморфологической структуры грибного мицелия подкурганных и современных почв.

Научная новизна:

1. Усовершенствована методика определения суммарной микробной биомассы, включающей клетки на разных стадиях их жизненного цикла, с оптимизацией условий экстракции и обоснованием способа оценки полноты выделения микробной фракции, что позволило определить микробную биомассу в почвенных горизонтах с низким содержанием органического углерода.

3. Впервые в подкурганных палеопочвах степной зоны определены размеры и выявлены адаптационные особенности строения микробных клеток, оценена биомасса и структура грибного мицелия.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на Международной Нижневолжской археологической конференции,

Волгоград, 2004, III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», С-Петербург, 2005, XI и XII Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов», Москва, 2005-2006, 8-й и 9-й международных Пущинских школах-конференциях «Биология - наука XXI века», Пущино, 2005-2006, на конференции «Актуальные аспекты современной микробиологии», Москва, 2005, на ежегодной Ассамблее Европейского Союза по геонаукам, Вена, 2006.

Материалы работы включены в научные отчеты по гранту РФФИ № 03-0448135 и Программе № 16 фундаментальных исследований Президиума РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объём работы. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы и приложение, содержит 142 страницы, иллюстрирована 10 таблицами и 18 рисунками. Список цитируемой литературы насчитывает 188 наименований, в том числе 75 иностранных источников.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Каширская, Наталья Николаевна

ВЫВОДЫ

1. В хроноинтервале 5000-4000 лет назад в почвах сухостепной и пустынно-степной зон наблюдалось увеличение в 2-5 раз средневзвешенного содержания карбонатов (слой 0-50 см), легкорастворимых солей (слой 0-200 см) и гипса (слой 0-100 см), обусловленное аридизацией климата. Значительное уменьшение этих показателей отмечено в палеопочвах, погребенных 1950 и 750 лет назад, что свидетельствует об увеличении количества атмосферных осадков в это время.

2. Усовершенствована методика определения суммарной микробной биомассы (СМБ), включающей клетки на разных стадиях их жизненного цикла кроме мицелиальных форм. Показано, что пирофосфат натрия является более эффективным экстрагентом, чем додецилсульфат натрия. Обоснован способ оценки полноты выделения микробной фракции. Установлено, что для расчета СМБ почв могут использоваться как число КОЕ, определенное чашечным методом, так и прямой счет микробных клеток методом люминесцентной микроскопии.

3. В большинстве случаев максимальная СМБ в каштановых палеопочвах зафиксирована в горизонте А1 (1700 - 850 мкг С / г почвы) Как правило, она снижается или равномерно распределена по профилю. В палеопочвах, погребенных 5000 и 750 лет назад, распределение суммарной микробной биомассы по профилю наиболее близко к современной почве, для которой характерно резкое снижение (в 3 раза) СМБ в солонцовом горизонте В1.

4. В светло-каштановых палеопочвах максимальная суммарная биомасса отмечена, как правило, в горизонте В2 (550-1200 мкг С / г почвы), тогда как в горизонте А1 она преимущественно составляет 350-500 мкг С / г почвы. В большинстве случаев в палеопочвах СМБ возрастает в глубь профиля в отличие от современной почвы, где отмечается резкое снижение СМБ в горизонте В2 (с 3100 до 750 мкг С / г почвы).

5. В каштановых почвах, как погребенных, так и современных, средневзвешенная величина СМБ (гор. А1, В1, В2), как правило, была выше, чем в светло-каштановых. Около 5000 лет назад средневзвешенная величина СМБ в каштановых и светло-каштановых палеопочвах была сходной (около 1000 мкг С / г почвы). В сухостепной зоне наибольшее ее значение отмечается в палеопочвах, погребенных 4000 и 750 лет назад (1000 и 1100 мкг С / г почвы). В светло-каштановых палеопочвах в хроноинтервале 5000 - 4000 лет назад отмечается тенденция снижения СМБ с 1000 до 550 мкг С / г почвы.

6. Биомасса грибного мицелия в профиле каштановой и светло-каштановой палеопочв, погребенных 5000 лет назад, была 34 и 11 мкг С / г почвы, что составляло, соответственно, 37 и 8% ее содержания в их современных аналогах. Доля темноокрашенного мицелия в исследуемых почвах достигала 78-96%. Биомасса грибного мицелия не превышала 6 % СМБ, что не вносит существенные изменения в ее расчеты.

7. В подкурганных и современных почвах чаще всего встречаются клетки

•j размером 0,01 - 0,09 мкм (41 и 47 % соответственно). В палеопочвах вторыми по встречаемости являются клетки на порядок мельче (30%), а в современных почвах - клетки на порядок крупнее (24%). Средний размер клеток в палеопочвах составляет 0,28, а в современных почвах - 0,37 мкм . В обеих почвах встречаются кокковидные, палочковидные клетки, а также клетки неправильной формы. Наличие плотных органоминеральных оболочек и мелкие размеры клеток свидетельствуют об особенностях их адаптации к условиям дефицита почвенной влаги.

8. В целом вековая динамика СМБ отвечает закономерностям изменчивости условий почвообразования. В относительно влажные климатические эпохи около 5000 лет назад и 700-800 лет назад отмечается увеличение СМБ, а в период нарастания аридизации климата (5000 - 4000 лет назад) в палеопочвах Ергенинской возвышенности выявлена тенденция ее снижения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Каширская, Наталья Николаевна, Пущино

1. Александровский А.Л. Антропогенная эволюция почв Куликова поля / А.Л. Александровский // Антропогенная эволюция геосистем и их компонентов. - М., 1987. - С. 88-104.

2. Александровский А.Л. Методика и методология радиоуглеродных исследований археологических объектов степных регионов России / А.Л. Александровский и др. // Степь и Кавказ (культурные традиции): Труды ГИМ. Вып. 97. М., 1997.

3. Александровский А.Л. Развитие почв Восточной Европы в голоцене: Автореф. дисс. д-ра геогр. наук / А.Л. Александровский. М., 2002. -48 с.

4. Александровский А.Л. Эволюция почв Восточно-Европейской равнины в голоцене / А.Л. Александровский. М.: Наука, 1983. - 150 с.

5. Александровский А.Л. Эволюция черноземов в регионе среднего течения Дона в голоцене / А.Л. Александровский // Почвоведение. -1984.- № 11.- С. 5-13.

6. Амальрик А.С. В поисках исчезнувших цивилизаций / А.С. Амальрик, А.Л. Монгайт. М.: Мысль, 1966. - 172 с.

7. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. М.: Изд. МГУ, 1970. - 490 с.

8. Ахтырцев Б.П. Лугово-черноземные почвы эпохи Бронзы Окско-Донской лесостепи / Б.П. Ахтырцев, А.Б. Ахтырцев // Почвоведение. 1990.-№7. -С.26-38.

9. Благодатская Е.В. Пул экстрагируемой микробной ДНК и микробиологическая активность палеопочв Южного приуралья / Е.В. Благодатская, О.С. Хохлова, Т.Х. Андерсон // Микробиология. 2003. -Т. 72,№6.-С. 847-853.

10. И.Большаков А.Ф. Водный режим почв комплексной степи Каспийской низменности / А.Ф. Большаков // Тр. почв. Ин-та им. Докучаева. Т. 32. -М., 1950.-С. 369-396.

11. Борисенков Е.П. Экстремальные природные явления в русских летописях XI-XVII вв. / Е.П. Борисенков, В.М. Пасецкий. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 240с.

12. Борисов А.В. Палеопочвы и климат Ергеней в эпоху Бронзы IV-II тыс. до н.э. / А.В. Борисов, Т.С. Демкина, В.А. Демкин. М.: Наука, 2006. -210с.

13. Борисов А.В. Позднеголоценовая динамика климата юго-востока Русской равнины / А.В. Борисов, В.А. Дёмкин // Взаимодействие человека и природы на границе Европы и Азии. Самара, 1996. - С. 611.

14. Борисов А.В. Развитие почв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья за последние 5000 лет. Автореф. дисс. . канд. биол. наук / А.В Борисов. М., 2002. - 23 с.

15. Ваганов П.А. Физики дописывают историю / П.А. Ваганов. Л.: Изд. ЛГУ, 1984.-216 с.

16. Величко А.А. Представление об устойчивости, биоразнообразии и георазнообразии в свете динамики ландшафтной зональности / А.А. Величко // Пути эволюционной географии (итоги и перспективы). -М.: Ин-т географии РАН, 2002. С. 7-31.

17. Геннадиев А.Н. Изучение почвообразования методом хронорядов / А.Н. Геннадиев // Почвоведение. 1978. - № 12. - С. 33-43.

18. Геннадиев А.Н. Почвы и время: модели развития / А.Н. Геннадиев. -М.: МГУ, 1990.-232 с.

19. Герасименко Н.П. Природная среда обитания человека на юго-востоке Украины в позднеледниковье и голоцене (по материалам палеогеографического изучения археологических памятников) / Н.П. Герасименко // Археологический альманах. Донецк, 1997. №6. - С. 364.

20. Глушко Е.В. Цикличность ландшафтообразования Южного Приаралья в голоцене / Е.В. Глушко // География и природные ресурсы. 1996. -№4. - С.30-37.

21. Губин С.В. Диагенез почв зоны сухих степей, погребенных под искусственными насыпями / С.В. Губин // Почвоведение. 1984. - № 6. -С. 5-13.

22. Демкин В.А. Динамика ландшафтно-климатических условий южноуральских степей в голоцене / В.А. Демкин, Я.Г. Рысков // Взаимодействие человека и природы на границе Европы и Азии. -Самара, 1996а.-С. 1293-1305.

23. Демкин В.А. Изменение почв и природных условий полупустынного Заволжья за последние 4000 лет / В.А. Демкин и др. // Почвоведение. 2004.-№3.-С. 271-283.

24. Демкин В.А. Интеграция палеопочвоведения и археологии в познании истории природы и общества / В.А. Демкин и др. // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука,2006.-С. 97-115.

25. Демкин В.А. О скорости и направленности почвообразовательного процесса в зоне сухих степей в голоцене / В.А. Демкин, А.В. Лукашов // Почвоведение. 1987. - № 6. - С. 5-14.

26. Демкин В.А. Особенности сухостепного почвообразования на поверхностях позднеголоценового возраста / В.А. Демкин // Пространственно-временная организация и функционирование почв. -Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1990. С. 117-123.

27. Демкин В.А. Особенности формирования карбонатного профиля почв сухостепной зоны юго-востока европейской части СССР / В.А. Демкин, И.В. Иванов // Почвоведение. 1987. - № 1. - С. 35-43.

28. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении истории природы и общества / В.А. Демкин. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1997.-213 с.

29. Демкин В.А. Палеопочвы и природная среда степей Нижнего Поволжья в золотоордынское время (XIII-XIV в.в. н.э.) / В.А. Демкин и др. //Почвоведение. 2005. №2. - С. 133-144.

30. Демкин В.А. Палеоэкологические условия лесостепного Заволжья в эпоху Бронзы / В.А. Демкин, Т.С. Демкина // Научное наследие А.П. Смирнова и современные проблемы Волго-Камья. Самара, 1999. - С. 19-22.

31. Демкин В.А. Погребенные почвы в песках степного Приуралья как индикаторы палеоэкологических условий в голоцене / В.А. Демкин,

32. Я.Г. Рысков, Т.С. Демкина//Почвоведение. 1997. - № 11. - С. 12931305.

33. Демкин В.А. Погребенные почвы засечных черт Русского государства и вопросы древней и современной истории почвообразования / В.А. Демкин // Почвоведение. 1999. - № 10. - С. 1224-1234.

34. Демкин В.А. Почвенные критерии оценки комфортности среды обитания ранних кочевников степей Волго-уралья. Палеоэкологические кризисы и оптимумы / В.А. Демкин и др. // Раннесарматская культура: формирование, развитие, хронология. -Самара, 2000. С. 3-15.

35. Демкин В.А. Почвы и природная среда сухих степей Южного Урала в эпохи бронзы и раннего железа / В.А. Демкин, Я.Г. Рысков. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 19966. - 39 с.

36. Демкин В.А. Природная периодизация бронзового века Нижнего Поволжья / В.А. Демкин и др. // Бронзовый век Восточной Европы: характеристика культур, хронология и периодизация. Самара, 2001. -С.368-371.

37. Демкин В.А. Развитие почв Прикаспийской низменности в голоцене / В.А. Демкин, И.В. Иванов. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1985. -165 с.

38. Демкин В.А. Состояние и тенденции развития почв и ландшафтов долины р. Илек в эпохи Бронзы и раннего железа / В.А. Демкин, Я.Г. Рысков // Курганы левобережного Илека. М., 1994. - Вып. 2. - С. 6177.

39. Демкин В.А. Эволюция почв и изменение климата восточноевропейской полупустыни в позднем голоцене / В.А. Демкин и др.//Почвоведение. 1998.-№2.-С. 148-157.

40. Демкина Т.С. Изменение гумусного состояния почв сухих и пустынных степей Южного Урала в эпохи бронзы и раннего железа / Т.С. Демкина, В.А. Демкин // Почвоведение. 1994. - № 9. - С. 5-11.

41. Демкина Т.С. Микробиологические исследования подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья / Т.С. Демкина, А.В. Борисов, В.А. Демкин // Почвоведение. 2004. - № 7. -С.853-860.

42. Демкина Т.С. Микробные сообщества палеопочв археологических памятников пустынно-степной зоны / Т.С. Демкина, А.В. Борисов, В.А. Демкин // Почвоведение. 2000. - №9. - С. 1117-1126.

43. Демкина Т.С. Микробные сообщества палеопочв степной зоны / Т.С. Демкина и др. // Степи Северной Евразии: тез. докл. науч. конф, Оренбург, 2006 г. С. 227-230.

44. Демкина Т.С. Определение грибной биомассы методом мембранных фильтров / Т.С. Демкина, Т.Г. Мирчинк // Микология и фитопатология. 1983. Т. 17, в. 6. - С. 517-520.

45. Демкина Т.С. Палеопочвы и природная среда Северных Ергеней в эпохи энеолита и бронзы (IV-II тыс. до н.э.) / Т.С. Демкина, А.В. Борисов, В.А. Демкин // Почвоведение. 2003. - №6. - С. 655-669.

46. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение / М.И. Дергачева. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 228 с.

47. Динесман Л.Г. Голоценовая история биогеоценозов Русской равнины в позднем антропогене / Л.Г. Динесман // История биогеоценозов СССР в голоцене. М.: Наука, 1976. - С. 122-132.

48. Дмитриев В.В. Электронно-микроскопическое изучение ультраструктуры микробных клеток in situ в экстремальных биотопах / В.В. Дмитриев и др. // Микробиология. 2004. - №6. - С. 832-840.

49. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении: Учебник / Е.А Дмитриев. М.: Изд-во МГУ, 1995. - 320 с.

50. Звягинцев Д.Г. Длительность сохранения микроорганизмов впостоянно мерзлых осадочных породах и погребенных почвах / Д.Г. Звягинцев и др. // Микробиология. 1985. - Т. 54, вып. 1. - С. 155161.

51. Иванов И.В. Методы изучения эволюции и возраста почв / И.В. Иванов, А.Л. Александровский. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1984. - 54 с.

52. Иванов И.В. Общие закономерности развития черноземов Евразии и эволюция черноземов Зауралья / И.В. Иванов, С.С. Чернянский // Почвоведение. 1996. - № 9. - С. 1045-1055.

53. Иванов И.В. Человек, природа и почвы Рын-песков Волго-уральского междуречья в голоцене / И.В. Иванов, И.Б. Васильев. М.: ИНТЕЛЛЕКТ, 1995. - 264 стр.

54. Иванов И.В. Эволюция почв степной зоны в голоцене / И.В. Иванов. -М.: Наука, 1992.- 144 с.

55. Иенни Г. Факторы почвообразования / Г. Иенни. М., 1948. - 347 с.

56. Ильвес Э. Радиоуглеродный метод и его применение в четвертичной геологии и археологии. / Э. Ильвес, А. Лийва, Я. Пуннинг. Эстония, Таллин, 1974.-240 с.

57. Каменецкий И.С. Анализ археологических источников (возможности формализованного подхода) / И.С. Каменецкий, Б.И. Маршак, Я.А. Шер. М.: Наука, 1975.- 145 с.

58. Климанов В.А. Изменение климата на северо-востоке Европы за последние 2000 лет / В.А. Климанов, Л.Д. Никифорова // Доклады АН СССР. 1882. - Т. 267, № 1. - С. 164-167.

59. Климанов В.А. Изменения климата на северо-западе Русской равнины в голоцене / В.А. Климанов, Г.А. Елина // Доклады АН СССР. 1984. -Е 242. - №4. - С. 1164-1167.

60. Климанов В.А. Климат северной Евразии в позднеледниковье и голоцене: Автореф. Дис. . д-ра геогр. Наук / В.А. Климанов. М., 1996.-46 с.

61. Климанов В.А. Колебания климата за исторический период в центре Русской равнины / В.А. Климанов, В.А. Хотинский, Н.Б. Благовещенская // Изв. РАН. Сер. геогр. 1995. - №1. - С. 89-96.

62. Кригер В.А. Средневековые кочевники Заволжья / В.А. Кригер // Древняя и средневековая история Нижнего Поволжья. Саратов: Изд. Сарат. Ун-та, 1986.-С. 114-131.

63. Крупеников И.А. Почвенный покров Молдовы: прошлое, настоящее, управление, прогноз / И.А. Крупеников. К.: Штиинца, 1992. - 265 с.

64. Кулик А.Ф. Микроорганизмы почв как структурный компонент лесных экосистем степной зоны Украины / А.Ф. Кулик // Вестник

65. Днепропетровского университета. Биология. Экология. 2001. - Т. 1, вып. 9.-С. 121-126.

66. Марфенина О.Е. Возможности почвенно-микологической индикации древних антропогенных воздействий / О.Е. Марфенина // Проблемы эволюции почв. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2003. - С. 88-94.

67. Марфенина О.Е. Микологическая характеристика культурных слоев почв древнерусских поселений / О.Е. Марфенина, Е.В. Горбатовская, М.В. Горленко // Микробиология. 2001. - №6. - С. 855-859.

68. Матюшин Г.Н. Археологический словарь / Г.Н. Матюшин. М.: Просвещение: АО «Учеб.лит.», 1996. - 304 с.

69. Паников Н.С. Нуклеиновые кислоты почвы и их превращения микроорганизмами: Дисс. канд. биол. наук / Н.С. Паников. М.: МГУ, 1976.- 147 с.

70. Паников Н.С. Синтетические методы определения биомассы и активности различных групп микроорганизмов / Н.С. Паников и др. //Почвоведение. 1985. -№ 5. -С. 109-121.

71. Песочина J1.C. Изменчивость почв и природных условий северовосточного Приазовья в среднесарматское время / J1.C. Песочина, А.А. Гольева, С.В. Зайцев // Почвоведение. 2000. - №6. - С. 683-691.

72. Песочина J1.C. Развитие почв и природной среды Нижнего Дона во второй половине голоцена: автореф. дисс. . канд. биол. наук / J1.C. Песочина. Москва, 2004. 24 с.

73. Плеханова J1.H. Природно-антропогенная эволюция почв речных долин степного Зауралья во второй половине голоцена: автореф. дисс. . канд. биол. наук / J1.H. Плеханова. Москва, 2004. - 24 с.

74. Попова В.В. Колебания осадков на Русской равнине за последнее тысячелетие / В.В. Попова // Изв. РАН. Сер. геогр. 2001. - №1. - С. 42-49.

75. Попова В.В. Структура многолетних колебаний атмосферных процессов на Русской Равнине / В.В. Попова // Изв. РАН. Сер. геогр. -1999.-№3.-С. 42-52.

76. Работнова И.Л. Хемостатное культивирование и ингибирование роста микроорганизмов / И.Л. Работнова, И.Н. Помозгова. М.: Наука, 1979. - 207 с.

77. Роде А.А. Водный режим и баланс целинных почв полупустынного комплекса / А.А. Роде // Водный режим почв полупустыни. М.: Наука, 1968.-С. 88-142.

78. Рысков Я.Г. Развитие почв и природной среды степей Южного Урала в голоцене (опыт реконструкции с использованием методов геохимии стабильных изотопов) / Я.Г. Рысков, В.А. Демкин. Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1997.- 166 с.

79. Савостьянова З.А. К истории почвенного покрова степной зоны Хакасии / З.А. Савостьянова, В.Д. Нащокин // Почвенные условия выращивания защитных насаждений. Красноярск, 1974. - С. 7-35.

80. Серебрянная Т.А. Динамика границ Центральной лесостепи в голоцене / Т.А. Серебряная // Вековая динамика биогеоценозов. М.: Наука, 1992.-С. 54-71.

81. Скрипкин А.С. История Волгоградской земли до основания города / А.С. Скрипкин. Волгоград: Издательство ВолГУ, 2005. - 204 с.

82. Смагин А.В. Биогеоценологическое направление в почвоведении / А.В. Смагин // Почвоведение. 1996. - Вып. 3. - С. 298 - 309.

83. Спиридонова Е.А. Периодизация неолита-энеолита по данным палинологического анализа / Е.А. Спиридонова, А.С. Алешинская // Российская археология. 1999. - №1. - С. 23-33.

84. Спиридонова Е.А. Эволюция растительного покрова бассейна Дона в верхнем плейстоцене-голоцене / Е.А. Спиридонова. М.: Наука, 1991. -221 с.

85. Степи Евразии в эпоху средневековья / Амброз А.К. и др. -Археология СССР. М.: Наука, 1981. 304 с.

86. Сычева С.А. Ритмичность почвообразования на среднерусской возвышенности в голоцене / С.А. Сычева, О.А. Чичагова // Почвоведение. 1999. - № 8. - С. 970-979.

87. Сычева С.А. Ритмы почвообразования и осадконакопления в голоцене (сводка 14С данных) / С.А. Сычева // Почвоведение. 1999. - №6. - С. 12-20.

88. Тейт Р. Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты / Р. Тейт. Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. - 400 с.

89. Фёдоров-Давыдов Г.А. Кочевники Восточной Европы под властью золотоордынских ханов / Г.А. Федоров-Давыдов. М.: Наука, 1966.-220 с.

90. Хлебникова Г.М. Количественная оценка микроорганизмов в многолетнемерзлых отложениях и погребенных почвах / Г.М. Хлебникова и др. // Микробиология. 1990. - Т. 59, вып. 1. - С. 148155.

91. Хомутова Т.Э. Динамика микробной биомассы подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны в связи с изменчивостью климатических условий / Т.Э. Хомутова и др. // Экология и почвы. Том V. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2006. - С. 271-277.

92. Хомутова Т.Э. Оценка суммарной и активной микробной биомассы разновозрастных подкурганных палеопочв / Т.Э. Хомутова, Т.С. Демкина, В.А. Демкин // Микробиология. 2004. - Т. 73, №2. - С. 241-247.

93. Хотинский Н.А. Голоцен Северной Евразии / Н.А. Хотинский. -М.: Наука, 1977.-200 с.

94. Хохлова О.С. Отличия диагенетических и эпигенетических типоморфных карбонатных аккумуляций в голоценовых погребённых почвах чернозёмной зоны / О.С. Хохлова, С.А. Олейник, И.С. Ковалевская // Почвоведение. 2000. - №1. - С. 28 - 37.

95. Хохлова О.С. Пространственная изменчивость свойств современных и погребенных голоценовых темно-каштановых почв Южного Приуралья / О.С. Хохлова, А.А. Хохлов // Почвоведение. -2002.-№3. с. 261-272.

96. Чендев Ю.Г. Естественная эволюция почв центральной лесостепи в голоцене / Ю.Г. Чендев Белгород: Изд-во Белгор. гос. ун-та, 2004. -200 с.

97. Чендев Ю.Г. Позднеголоценовая эволюция черноземов юга центральной лесостепи / Ю.Г. Чендев // Почвоведение. 2001. - №3. -С. 266-277.

98. Шер Я.А. НТР и исторические науки: истоки, реальность, проблемы / Я.А. Шер // Физики дописывают историю. JL: Изд. ЛГУ, 1984.-С. 3-11.

99. Шишлина Н.И. Погребальные традиции населения Калмыцких степей в эпоху ранней бронзы / Н.И. Шишлина // Погребальный обряд. Труды ГИМ. - Вып.93. - Москва, 1997.

100. Эль-Регистан Г.И. Функции химических шаперонов в развитии анабиоза и устойчивости микроорганизмов / Г.И. Эль-Регистан и др. // Ферменты микроорганизмов: Сб. докл. XII юбилейной конф., М., 2001.-С. 50-53.

101. Anderson E.C. Measurement of low level radiation / E.C. Anderson, I.R. Arnold, W.F. Libby // Rev. Sci. Instrum., 1951. vol. 22, N.4. - P. 225250.

102. Anderson J.P.E. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils / J.P.E. Anderson, K.H. Domsch // Soil Biol Biochem. 1978. - V. 10, № 3. - P. 215-221.

103. Ayanaba A. The effect of clearing and cropping on the organic reserves and biomass of tropical forest soils / A. Ayanaba, S.B. Tuckwell, D.S. Jenkinson // Soil Biol Biochem. 1976. - V. 8. - P. 519-525.

104. Bakken L.R. The relationship between cell size and viability of soil bacteria / L.R. Bakken, R.A. Olsen // Microb. Ecol. 1987. - V. 13. - P. 103-114.

105. Barer M.R. Bacterial viability and culturability / M.R. Barer, C.R. Harwood // Adv. Microb. Physiol. 1999. - V. 41. - P. 93-137.

106. Beare M.H. A substrate-induced respiration (SIR) method for measurement of fungal and bacterial biomass on plant residues / M.H. Beare et al. // Soil Biol. Biochem. 1990. - V. 22, № 5. - P. 585-594.

107. Berlin D.L. Response of pathogenic Vibrio species to high hydrostatic pressure / D.L. Berlin // Appl. Environ. Microbiol. 1999. - V. 65. - P. 2776-2780.

108. Brookes P.C. Measurement of microbial biomass phosphorus in soils / P.C. Brookes, D.S. Powlson, D.S. Jenkinson // Soil Biol Biochem. 1982. -V. 14.-P. 319-329.

109. Brookes P.C. Soil microbial biomass estimates in soils contaminated with metals / P.C. Brookes // Soil Biol Biochem. 1986. - V. 18, № 4. - P. 383-388.

110. Boylen C.W. Survival of Art hrobakter crystallopoietes during prolonged periods of extreme desiccation / C.W. Boylen // J. Bacteriol. -1973,-V. 113.-P. 33-37.

111. Casida L.E.Jr. Abundant microorganisms in soil / L.E.Jr. Casida // Appl. Microbiol. 1965. - V. 13. - P. 327-334.

112. Casida L.E.Jr. Microorganisms in unamended soil as observed by various forms of microscopy and staining / L.E.Jr. Casida // Appl. Microbiol.- 1971.-V. 21.-P. 1040-1045.

113. Casida, L.E.Jr. Small cells in pure cultures of Agromyces ramosus and in natural soil / L.E.Jr. Casida // Can. J. Microbiol. 1977 - V. 23. -P. 214-216.

114. Colwell F.S. Microbiological comparison of surface soil and unsaturated subsurface soil from a semiarid high desert / F.S. Colwell // Appl. and Environm. Microbiol. 1989. - V. 55. - P. 2420-2423.

115. Costerton J.W. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections / J.W. Costerton, P.S. Stewart, E.P Greenberg // Science. 1999. -V.284.-P. 1318-1322.

116. Domingue G.J. Dormant microbes in interstitial cystitis / G.J Domingue et al.//J. Urol. 1995. - V.153. - P. 1921-1926.

117. Domsch K.H. A comparison of methods for soil microbial population and biomass studies / K.H. Domsch et al. // Z. Pflanzenernaehr. -Bodenkd. 1979. - № 142. - P. 520-533.

118. Dupray E.M. Use of the direct viable count (D.V.C.) for the assessment of survival of E. coli in marine environments / E.M. Dupray et al. // Water Sci. Tech. 1993. - V. 27. - P. 395-399.

119. Durska G. Occurrence of a,s-diaminopimelic acid in soil. III. a,e-diaminopimelic acid as the nutritional component of soil microorganisms / G. Durska, H. Kaszubiak // Pol Ecol. Stud. 1980. - V. 6. - P. 201 -206.

120. Faegri A. Bacterial and fungal activities in soil: separation of bacteria and fungi by a rapid fractionated centrifugation technique / A. Faegri, V.L.Torsvik, J. Goksoyr // Soil Biol. Biochem. 1977. - Vol. 9. - P. 105112.

121. Findley R.H. The use of phospholipid fatty acids to determine microbial communities structure / R.H. Findley // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. - 4.1.4 - P. 1-17.

122. Friedmann E.I. Antarctic microbiology / E.I. Friedmann. Wiley-Liss, 1993.-634 p.

123. Frostegard A. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content / A. Frostegard, A. Tunlid, E. Baath // Journal of microbiological methods. 1991. - V. 14.-P. 151-163.

124. Grimes D.J. Culture collections and nonculturable cells / D.J. Grimes // USFCC Newsl. 1995. - V. 25. - P. 1-3.

125. Grimes DJ. Fate of enteric pathogenic bacteria in estuarine and marine environments / D.J. Grimes et al. // Microbiol. Sci. 1986. - V. 3. - P. 324-329.

126. Hopkins D.W. A dispersion and differential centrifugation technique for representatively sampling microorganisms from soil. / D.W. Hopkins, S.J. Macnaughton, A.G. O'Donnell // Soil Biol. Biochem. 1991. - V. 23. -P. 217-225.

127. Jenkinson D.S. The effect of biocidal treatements on the metabolism in soil. V. A method for measuring soil biomass / D.S. Jenkinson, D.S. Powlson. Soil Biol. Biochem. 1976. - V. 8. - P. 209-213.

128. Jenkinson D.S. The effects of biocidal treatment on metabolism in soil.1.. The decomposition of fumigated organisms in soil / D.S. Jenkinson // Soil Biol Biochem. 1976. - V. 8. - P. 203-208.

129. Kaiser E.A. Evaluation of methods to estimate the soil microbial biomass and the relationship with soil texture and organic matter / E.A. Kaiser et al. // Soil Biol. Biochem. 1992. - V. 24. - P. 675-683.

130. Kaprelyants A.S. Dormancy in non-sporulating bacteria / A.S. Kaprelyants, J.C. Gottschal, D.B. Kell // FEMS Microbiol. Rev. 1993.1. V. 104.-P. 271-286.

131. Khomutova Т.Е. The dynamics of microbial biomass in under-kurgan paleosoils of the desert-steppe zone in connection to the variability of climatic conditions / Т.Е. Khomutova et al. // Eurasian Soil Science. -Supplement 1.-2006.

132. Kogure K.U. A tentative direct microscopic method for counting living marine bacteria / K.U. Kogure, Simidu, N. Taga // Can. J. Microbiol. -1979.-V. 25.-P. 415-420.

133. Keilin D. The Leeuwenhoek Lecture. The problem of anabiosis or latent life; history and current concept / D. Keilin // Proc. R. Soc. London Ser. B.- 1959.-V. 150.-P. 149-191.

134. Kell D.B. A summary of recent work on dormancy in nonsporulating bacteria: its significance for marine microbiology and biotechnology / D.B. Kell // J. Mar. Biotechnol. 1995. - V. 3. - P. 24-25.

135. Libby W.F. Age determination by radiocarbon content: World-wide assay of natural radiocarbon / W.F. Libby, E.C. Anderson, I.R. Arnold // Science. 1949. - V. 109. - P. 227-228.

136. Libby W.F. Radiocarbon dating / W.F. Libby. Chicago: University Press. Re-issued 1965.

137. Lin Q. An evaluation of the substrate-induced respiration method / Q. Lin, P.C. Brookes // Soil Biol. Biochem. 1999. - V. 31, № 14. - P. 19691983.

138. Lin Q. Comparison of methods to measure microbial biomass in unamended, ryegrass-amended and fumigated soils / Q. Lin, P.C. Brookes // Soil Biol. Biochem. 1996. - V. 28. - P. 933-939.

139. Lynch J.M. Cultivation and the soil biomass / J.M. Lynch, L.M. Panting // Soil Biol. Biochem. 1980. - V. 12. - P. 29-35.

140. Martens R. Estimation of microbial biomass in soil by the respiration method: Importance of soil pH and flushing methods for the measurement of respired C02 /R. Martens // Soil Biol Biochem. 1987. - V. 19. - P. 7781.

141. McDougald D. Nonculturability: adaptation or debilitation? / D. McDougald // FEMS Microbio 1. Eco 1. 1998. - V. 25. - P. 1 -9.

142. McMahon P.B. Production and carbon isotopic composition of bacterial C02 in deep coastal plain sediments of South Carolina / P.B. McMahon, D.F. Williams, J.T. Morris // Ground Water. 1990. - V. 28. - P. 693-702.

143. Millar W.N. Evidence for muramic acid in soil / W.N. Millar, L.E.J. Casida // Canad. J. Microbiol. 1970. - V. 16. - P. 299 - 304.

144. Morgan J.A. Survival of Aeromonas salmonicida in lake water / J.A. Morgan, W.P.A. Cranwell, R.W. Pickup // Appl. Environ. Microbiol. -1991.-V. 57.-P. 1777-1782.

145. Morita R.Y. Feast or famine in the deep sea. / R.Y. Morita // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 1999. - V. 22. - P. 540-550.

146. Nannipieri P. Criteria for measurement of microbial growth in soil / P. Nannipieri, R.L. Johnson, E.A. Paul // Soil Biol. Biochem. 1978. - V. 10. - P. 223-229.

147. Nikitin D.I. Direct electron microscopic techniques for the observation of microorganisms in soil / D.I. Nikitin // Modern methods in the study of microbial ecology. 1973. - V. 17. - P. 85-92.

148. Nilsson L. Resuscitation of Vibrio vulnificus from the viable but nonculturable state / L. Nilsson, J.D. Oliver, S. Kjelleberg // J. Bacteriol. -1991.-V. 173.-P. 5054-5059.

149. Panikov N.S. A kinetic method for estimating the biomass of microbial functional groups in soil / N.S. Panikov, M.V. Sizova // Journal of Microbiological Methods. 1996. - V. 24. - P. 219-230.

150. Postma J.J. The dynamics of Rhizobium leguminosarum biovar trifolii introduced into soil as determined by immunofluorescence and selective plating techniques / J.J. Postma et al. // FEMS Microbiol. Ecol. 1988. -V. 53.-P. 251-260.

151. Ravel J. Isolation of a Vibrio cholerae transposon-mutant with an altered viable but nonculturable response / J. Ravel, R.T. Hill, R.R. Colwell //FEMS Microbiol. Lett. 1994.-V. 120.-P. 57-62.

152. Roszak D.B. Survival strategies of bacteria in the natural environment / D.B. Roszak, R.R. Colwell // Microbiol. Rev. 1987. - V. 51. - P 365379.

153. Roszak D.B. Viable but non-recoverable stage of Salmonella enteritidis in aquatic systems / D.B. Roszak, D.J. Grimes, R.R. Colwell // Can. J. Microbiol. 1984. - V. 30. - P. 334-338.

154. Shiba T. Decrease in culturability of V. cholerae caused by glucose / T Shiba et al. //Appl. Environ. Microbiol. 1995. - V. 61. - P. 2583-2588.

155. Sinclair J.L. Distribution of aerobic bacteria, protozoa, algae, and fungi in deep subsurface sediments / J.L. Sinclair, W.C. Ghiorse // Geomicrobiol. J. 1989.-V. 7.-P. 15-31.

156. Sparling G.P. Estimation of soil microbial С by a fumigation-extraction method: Use on soils of organic matter content, and a reassessment of the k^c-factor / G.P. Sparling et al. // Soil Biol Biochem. 1990. - V. 22.-P. 301-307.

157. Stewens P.R. The chronosequence concert and soil formation / P.R. Stewens, T.W. Walker // Quart. Rev. Boil. 1970. - V. 45. - P. 333-350.

158. Swift M.J. The estimation of mycelial biomass by determination of the hexasamine content of wood tissue decayed by fungi / M.J. Swift // Soil Biol. Biochem. 1973. - V. 5. - P. 321-332.

159. Tholozan J.L. Physiological characterization of viable-but-nonculturable Campylobacter jejuni cells / J.L. Tholozan et al. // Appl. Environ. Microbiol. 1999. - V. 65. - P. 1110-1116.

160. Tiedje J.M. Microbial diversity: of value to whom? / J.M. Tiedje // ASM News. 1994. - V. 60. - P. 524-525.

161. Torsvik V. Cell extraction method / V. Torsvik // Molecular Microbial Ecology Manual. 1995,- 1.3.1.-P. 1-15.

162. Vives-Rego J. Flow cytometric narrow-angle 1 ight scatter and cell size during starvation of Escherichia coli in artificial seawater / J. Vives-Rego, R. Lopez-Amoros, J. Comas // Lett. Appl. Microbiol. 1994. - V. 19. - P. 374-376.

163. Vreeken W.G. Principal kinds of chronosequence and their significance in soil history / W.G. Vreeken//J. of Soil Sci. 1975. - V. 26. - P. 378-394.

164. Wardle D. A. Relative importance of the effect of 2,4-D, glyphosate, and environmental variables on the soil microbial biomass / D.A. Wardle, D. Parkinson //Plant and Soil. 1991. - V. 34. - P. 209-219.

165. Wardle D.A. Why is the strength of relationship between pairs of methods for estimating soil microbial biomass often so variable? / D.A. Wardle, A. Ghani // Soil Biol. Biochem. 1995. - V. 27. - P. 821-828.

166. Webley D.M. Soil biochemistry / D.M. Webley, D.N. Jones // Y.: Marcel Dekker. 1971. - V. 2. - P. 446-485.

167. Welch, T.J. Stress response of Escherichia coli to elevated hydrostatic pressure / T.J. Welch et al. // J. Bacterio 1. 1993. - V. 175. - P. 71707177.

168. West A.W. Improvement of the selective inhibition technique to measure eukaryote-prokaryote ratios in soils. / A.W. West // Microbiol Methods. 1986. - V. 5. - P. 125-138.

169. Xu H.S. Survival and viability of nonculturable Escherichia coli and Vibrio cholerae in the estuarine and marine environment / H.S. Xu et al. // Microb. Ecol. 1982. - V. 8. P. 313-323.

170. Yamamoto H. Study of nonculturable Legionella pneumophila cells during multiple-nutrient starvation / H. Yamamoto, Y. Hashimoto, T. Ezaki // FEMS Microbiol. Ecol.- 1996.- V. 20.-P. 149-154.

Информация о работе

Каширская, Наталья Николаевна
кандидата биологических наук
Пущино, 2006
ВАК 03.00.27

Диссертация

Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы