Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Процессы метанобразования и метанокисления в мерзлотных почвах Колымской низменности

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Процессы метанобразования и метанокисления в мерзлотных почвах Колымской низменности"

од

На правах рукописи

ВЕЧЕРСКАЯ МАРГАРИТА СЕМЕНОВНА

ПРОЦЕССЫ МЕТАН0БРА30ВАНИЯ И МЕТАНОКИСЛЕНИЯ В МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВАХ КОЛЫМСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в лаборатории массо- и энергообмена почв Института почвоведения и фотосинтеза РАН и лаборатории микробной биогеохимии и биогеотехнологии Института микробиологии РАН.

Научные руководители:

доктор биологических наук В. Ф. Гальченко,

кандидат геолого-минералогических наук В.А.Самаркин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук В.М.Горленко

кандидат биологических наук А.Л.Степанов

Ведущее учреждение:

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН

Защита состоится "_"_1996 г. в _ час._мин. на

заседании диссертационного совета К053.05.86 в МГУ им.М.В.Ломоносова, в аудитории М-2 . Адрес: 119899, Москва,. Ленинские горы, МГУ, Факультет почвоведения, ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "_"_199 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.П.Бабьева

Актуальность проблемы. В последние десятилетия проблемы глобального изменения климата Земли поставили перед исследователями ряд задач, связанных с учетом источников парниковых газов и оценкой масштабов их эмиссии в атмосферу.

Метан является наиболее распространенным органическим газом атмосферы, играющим исключительно важную роль в химии атмосферы и тропосферы и создании парникового эффекта.

Цикл биогенного метана в различных экосистемах связан, во-первых, с процессами его образования - функционированием микробных сообществ, осуществляющих анаэробную трансформацию органических веществ; во-вторых, - с процессами окисления метана аэробными метанотрофными бактериями и, в-третьих, с его эмиссией в атмосферу.

Различные стороны цикла биогенного метана наиболее хорошо изучены в водных экосистемах (Беляев и др., 1979; Oremland. 1982; King et al., 1983, Гальченко, 1989; Kiene, 1991; Иванов и др., 1993). Микробиологические же аспекты биогеохимической деятельности метанобразующих и метанокисляющих бактерий в почвах остаются пока малоизученными. В первую очередь это относится к почвам северных территорий. В то же время переувлажненные ландшафты бореальной, субарктической и арктической зон являются основными естественными источниками атмосферного метана (Sebacher et al., 1986; Panikov et al., 1993 ; Паников, 1995). Согласно современным оценкам, с естественных переувлажненных ландшафтов России поступает примерно 27% глобального потока метана (Matthews, 1993).

Тундровые экосистемы занимают 8% территории России (Паринкина, 1989) и характеризуются замедленной трансформацией и консервацией органического материала в условиях общей переувлажненности , низких температур, мерзлотных явлений. Вопросы функционирования микробных сообществ в этих экосистемах представляют интерес как с общебиологической точки зрения, -существования жизни в экстремальных условиях низких температур, так и в свете конкретных проблем - биогеохимии цикла метана.

Цель исследования. Изучение геохимической деятельности метанобразующих и метанокисляющих бактерий в мерзлотных почвах Колымской низменности.

Задачи исс гедования:

1. Выявить основные типы мерзлотных почв - источников метана и изучить его распределение в данных почвах.

2. Оценить активность "in situ" сообществ метанобразующих и метанокисляющих бактерий в талом слое изучаемых почв.

3. Охарактеризовать сообщества метаногенных и метанотрофных микроорганизмов в изучаемых почвах.

4. Определить скорости продукции и потребления метана мерзлотными почвами в моделируемых условиях.

5. Исследовать эмиссию метана в атмосферу и определить факторы, контролирующие данный процесс.

Научная новизна и практическая значимость. В настоящей работе впервые проведены исследования различных аспектов биогеохимии цикла метана на территории криолитозоны Северо-Востока Якутии (68 - 69° N):

- выявлены типы мерзлотных почв, являющиеся основными источниками метана в атмосферу на данной территории;

- радиоизотопными методами определена активность метанобразующих и метанокисляющих микробных сообществ в талом слое почв;

- получены данные о распространении, численности и видовом разнообразии метаногенов и метанотрофов в талых слоях мерзлотных болотных и пойменных болотных почв;

- оценены скорости процессов образования и окисления метана в моделируемых условиях для мерзлотной болотной торфяной почвы;

- получены данные по штокам метана из мерзлотных почв Колымской низменности и предпринята попытка оценить масштаб эмиссии метана с этой территории.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на 10-ом международном симпозиуме по Биогеохимии окружающей среды ISEB (Сан-Франциско, 1991), заседании лаборатории почвенной микробиологии РАН (Москва, 1991) 1-ой международной конференции по Криопедологии (Пущино, 1992), заседаниях Совета по Криологии земли (Москва, 1991; Пущино, 1994), совещании по эмиссии парниковых газов (Москва, 1994), заседании кафедры Биологии почв МГУ (Москва, 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов, изложения экспериментальных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы (3£6 ссылок). Работа изложена на •/¿'/страницах машинописного текста, содержит £3 таблиц и 21 рисунков. 2

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. Исследования проводили в трех районах Колымской низменности - Северо-восточном (Халлерчинская тундра, 68°СШ 161°ВД, оз.Ахмело), Северо-западном (Чукочья едома, 69°СШ 156° ВД, р. Большая Чукочья) и на границе тундры и северной тайги (68°СШ 162° ВД, пос.Черский, р.Амболиха). Объектами исследований явились мерзлотные тундровые почвы, объединенные в группы по нарастанию степени гидроморфизма. I группа - мерзлотные почвы субаэральных ландшафтов (подбур, перегнойно-глееватая). II группа - мерзлотные почвы супераквальных ландшафтов (болотные и пойменные торфяно- и торфянисто-глеевые). III группа - мерзлотные почвы субаквальных ландшафтов (болотные и пойменные глеевые, торфяно - и торфянисто-глеевые. а также мерзлотные торфяники).

Измерение величин Eh, pH, определение влажности, содержание Сорг в почвах, водорастворимого Сорг и карбонаты в почвенных растворах определяли стандартными методами (Аринушкина, 1962; Вадюнина, Корчагина,1973; Snyder, Trofymov, 1984).

Газохроматографические анализы выполняли на газовых хроматографах с пламенно-ионизационным детектором: ацетата - Pye Unicam GSD (Англия), метана - М-3700 и ХПМ 4 (Россия).

Внутрипочвенный метан определяли после отбора почвенной колонки пробоотборником из нержавеющей стали диаметром 70 мм с последующей немедленной дегазацией проб в насыщенном растворе поваренной соли.

Поток метана из мерзлотных почв определяли стандартным методом статических камер (Hutchinson & Mosier, 1981).

Радиоизотопные методы. Интенсивность метаногенеза определяли путем внесения в пробы почв, мха и воды раствора МаН14С03 или 14СН3СООНа общей активностью 2,2-2,5 мкКи. Пробы инкубировали в течение 72 часов в соответствующих почвенных разрезах и фиксировали раствором 2н NaOH. Образовавшийся 14СН4 отгоняли воздухом и сжигали до 14С02 над платиновым катализатором при t=800° С. Углекислоту улавливали сцинтилляционной смесью JKC-106 с 2-фенилэтиламином с последующим просчитыванием в жидкостном сцинтилляционном счетчике (Беляев, Иванов, 1975).

Активность метанокисления определяли в экспериментах с инкубацией проб в присутствии 14СН4 общей радиоактивностью 2,5-6,8

мкКи , с последующей отгонкой образовавшегося 14С02. Долю 14С, перешедшего из 14СН4 в биомассу бактерий и экзометаболиты учитывали после мокрого озоления образцов и улавливания 14С0г сцинтилляционной смесью (Гальченко и др., 1986, 1989). Для оценки активности метанотрофных сообществ использовали величину r/R (SS) -отношение активности 14 С, перешедшего в 14С0г, бактериальную биомассу и экзометаболиты, к активности добавленного 14СН4.

Кинетику продукции и потребления метана изучали в модельных экспериментах в лабораторных условиях. В работе использовали образцы мерзлотной болотной торфяной почвы с глубины 2-10 см, 10-20 см, 20-30 см с влажностью 5,42, 4,25 и 3,53 г Н20/г абс.сух. почвы соответственно. Эксперименты проводили при +7°, +15° и +25°С. При изучении продукции метана для создания анаэробных условий воздушную газовую фазу замещали аргоном. Скорость образования СН4 рассчитывали по формуле: Vo6p= StD/jjt-t,), где S -количество СН4 (нмоль) в расчете на 1г почвы за время t(4ac); t0-лаг-фаза (час). Расчет Voíp и величины лаг-фазы осуществляли компьютерным методом с помощью программы Microsoft Excel 5.0 для Windows. При изучении потребления метана в газовую фазу колб вводили метан в концентрации 50, 500 и 5000 ppmv. Потребление метана оценивали хроматографически по убыли СН4. Полученные зависимости описывали уравнением Михаэлиса-Ментен:

dS/dt = - Vmax ■ S/^+S), где Vmax - максимальная теоретическая скорость потребления СН4 (нмоль/час с 1 г почвы), константа

Михаэлиса (нмоль/г), S - концентрация СН4 (нмоль/г).

Решение системы из трех уравнений для трех начальных концентраций метана и подбор параметров уравнений и Vmax осуществляли IBMPC-486 с использованием программы, разработанной в ИНМИ РАН М.В.Глаголевым и В.В.Зеленевым.

Десорбцию бактерий проводили по методу Булола и Шмидта в модификации Гальченко (Boohlol, Schmidt, 1973; Гальченко и др.,1988).

Общую численность бактерий определяли методом люминесцентной микроскопии, краситель - флуоресцеинизотиоционат (FITC, Serva) (Абрамочкина и др., 1986; Гальченко и др.1988).

Количественный учет метаногенов осуществляли согласно принципам работы с анаэробными микроорганизмами на жидкой минеральной среде Зейкуса методом предельных разведений в соответствии с их субстратной специфичностью (Hangate, 1969; Zeikus. Wolfe, 1972, Balch et al., 1979). 4

Рост метаногенов исследовали в диапазоне температур от +5°С до 45° С и значений рН 4.0-8,0.

Количественный учет меганотрофов осуществляли методом предельных разведений на жидкой минеральной среде (Гальченко и др.. 1988) .

Видовой состав метаногенной микрофлоры, а также количественный учет видового состава метанотрофной микрофлоры определяли методом непрямой иммунофлуоресценции (Кондратенко и др., 1981; Абрамочкина и др., 1987; Чувильская и др.. 1989).

Морфологию бактерий изучали с помощью светового микроскопа ЛЮМАМ-И2, а также электронного микроскопа JE0L-1000 CXII со сканирующей приставкой EM-ADYD (Япония). Снимки микроколоний метанотрофов сделаны сотрудником ИНМИ РАН А.С.Саввичевым.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

1. Общая характеристика почв. Исследованные мерзлотные болотные и пойменные болотные почвы с различным соотношением мощностей торфяных и глеевых горизонтов составляют группу нидроморфных почв. Они характеризуются низкой зольностью (1658%), от кислой (рН 4.95-5,62) до нейтральной реакцией среды (рН 3,35-7,15), слабоминерализованными почвенными растворами, юложительными окислительно-восстановительными потенциалами (Eh l80 - +600 мВ). Почвы имели небольшую глубину протаивания 30-65 ;м, за исключением прибрежных участков озер, находящихся в юстоянии стабильного затопления (протаивание до 130 см).

2. Микробилогическое образование метана. Все профили почв тодюморфного ряда обогащены метаном. Активность метаногенных юпуляций "in situ" зависит от степени гидроморфизма. Интенсивный 1актериальный метаногенез происходит в органогенных горизонтах, сходящихся ниже уровня залегания воды. Характер распределения етана в профиле совпадает с распределением интенсивности его 'енерации, значения которой достигают 27 мкг СН4/дм3 в сутки рис.1). Причем, 85-99% метана образуется из Н2 + С02 и лишь 1-15% з ацетата.

Жизнеспособные метаногены выявлены практически во всех оризонтах талого слоя изученных почв вплоть до мерзлых толщ на сновных субстратах (Табл.1). Максимальные численности до 103 кл/г очвы обнаружены в верхних, более прогретых горизонтах.

Мерзлота Мерзлота

Рис.1. Интенсивности метанобразования в мерзлотных почвах: А - болотная тоофяно-глеевая; Б - пойменная болотная

глеевая; __ интенсивность образования СН4.

верхняя шкала; ------- содержание СН4, нижняя шкала;

^ уровень воды.

Таблица 1

Чис- жг сти метанобразующих бактерий в талом слое мерзлотных почв

Почва Горизонт, Метаногены. кл/г почвы на среде с см -

Н2+С02 ацетатом метанолом метиламинами

болотная 10-15 103 10 10 10

.торфяно- 15-17 103 102 Ю2 10

глеевая 25-27 10г 10 10 0

30-32 10 10 10 0

пойменная 5-10 103 10г 103 10г

болотная 10-12 103 10г 102 10

глеевая 15-17 102 10 103 10г

20-22 10 10 10 10

30-32 10 0 0 0

б

3. Характеристика сообществ метанобразующих бактерий.

Исследование динамики роста метанобразующих бактерий в диапазоне от +5 до +45°С в образцах трех горизонтов мерзлотной торфяной болотной почвы не выявило облигатных психрофильных форм. Зафиксирован слабый рост при +5°С. Оптимальные температуры роста на различных субстратах находились в диапазоне +22 - +27°С, что позволяет отнести данные микроорганизмы к мезофильным формам.

Иммунофлуоресцентный анализ накопительных культур

метаногенов, полученных при различных значения рН, показал, что преобладающими видами являются бактерии рода МеШапоэагсша (Табл.2). Оптимальные значения рН развития выявленных метаногенов несколько смещены в кислую область и соответствовали значениям рН почвенных растворов 5,70 - 6,62.

Таблица 2

Видовой состав* накопительных культур метаногенов. полученных при различных значениях рН (мерзлотная пойменная болотная почва, горизонт 5-12 см).

Организм Субстрат Нг+С02 Н2+СОг ацетат метанол метиламины

рН 6,5 8,1 6,5 6,5 5,7 7,2

Me tfianosarclna Ms.barkeri Ms.mazei Ms. vacuolate Ms.acetivorans Methanobacterium Mb.bryantii Mb.formicicum Methanottirix

Mt. soehngenil Methanogenium Mg.marisnigri

- + + +

- - + - + +

- - - + +

- + + +

- данные иммунофлуоресцентного анализа

Рис.2 Активность метанокисляющих сообществ в мерзлотных почвах: А - болотная торфяно-глеевая: Б - пойменная болотная глеевая; уровень воды

Таблица 3

Численности метанотрофных бактерий в талом слое мерзлотных почв (учет на средах).

Почва Горизонт, см Метанотрофы, кл/г почвы

2-5 (Sphagnum) 10

болотная 5-10 (Sphagnum) Ю2 ■

торфяно- 10-15 105

глеевая 15-20 103

20-25 10

25-30 10

30-35 0

35-40 0

пойменная 5-10 103

болотная 10-15 10z

глеевая 15-20 10

20-30 0

4. Микробиологическое окисление метана. Исследования жтивности окисления метана "in situ" аэробными метанотрофными сообществами показало, что этот процесс наиболее активно протекает (а границе раздела фаз. вода-воздух в переувлажненных горизонтах :очв и поверхностных слоях воды на участках, занятых ассоциациями осудистых растений СCarex, Eriophorm и т.д.). В почвах под азличными мхами (Sphagnum. Tamenthypnum) максимальная активность етанотрофных сообществ выявляется в слоях хорошо разложившихся хов (до 40% 14С переходило в С02. биомассу и экзометаболиты, что видетельствует о чрезвычайно интенсивном процессе) (рис.2).

Численность метанотрофов, определенная высевом -на жидкие реды составляла " до 105 кл/г почвы. Максимальные численности афиксированы в верхних горизонтах почв и резко падали к адмерзлотному (Табл.3). Численность метанокисляющих бактерий, пределенная иммунофлуоресцентным методом (использовано 14 шунных антисывороток) составляла 0,1-22,8-106 кл/г почвы, что на эсколько порядков превышало численность определенную методом эсева. Доля метанотрофов от общей бактериальной численности зставляла от 1 до 2Ъ% в различных горизонтах.

Для талого слоя мерзлотных почв гидроморфного ряда характерно фокое разнообразие видов метанотрофов. Метанотрофй I группы -Bthylobacter, Methylomonas. Methylococcus превалируют Ю.4-74,4%) над бактериями II группы - роды Methyloslnus и Jthylocystis (24, 5-59, 5%) (рис. 3).

почвы

1С.З. Групповой состав метанотрофной микрофлоры в мерзлотных болотных почвах: I группа - Ме№у1оЬас1ег, Ме№у1ошопаз Ме№у1оссосиз; II груша - Ме№у1оз1пиз, МеМШосуэиз.

Методами непрямой иммунофлуоресценции и сканирующей электронной микроскопии в образцах воды из водонасыщенных слоеи мхов Sphagnum, в которых происходило наиболее активное окисление метана, выявлены микроколонии метанотрофов, развивающихся не частицах трасформированного органического материала (рис.4). Бактерии, адсорбированные на этих частицах, давали положительна реакцию с иммунными сыворотками к видам: Methylobacter bovis. Methylococcus capsulatus. Methylocystis parvus, Metoylosinu; trichosporium.

Рис.4. Микроколонии метанотрофов. развивающихся на частица: трансформированного органического материал,

(микрофотографии сканирующей электронной микроскопии

4. Продукция и потребление метана в моделируемых условиях.

Исследование продукции метана в трех горизонтах мерзлотной болотной торфяной почвы при различных температурах +7°, +15°, +25°С показало, что процесс метанобразования протекает во всех горизонтах почвенного профиля при данных температурах. Скорость продукции линейно возрастала в течение 17 суток инкубации. При температуре +7° С наблюдался лаг-период от 4.1 до 4.6 суток во всех исследованных горизонтах. Максимальное образование метана происходило при +25°С. Скорости процесса закономерно падали с глубиной при всех температурах (Табл.4).

Результаты кинетических экспериментов показали, что биологическое потребление метана происходит во всех горизонтах сезонноталого слоя при температурах +7°, +15°, +25°С и начальными концентрациями СН4 50, 500, 5000 рриу, 02 - 20%. Время инкубации менялось от 20 до 250 часов в зависимости от первоначальной концентрации СН4, температуры и горизонта.

При решении уравнения Михаэлиса-Ментен получены кинетические параметры Утах и Кщ» характеризующие процесс потребления метана в изучаемой почве. Максимальная скорость потребления СН4 (Утах), также, как и константа Михаэлиса (К^) , отражающая сродство метанотрофов к субстрату, возрастают с температурой. Кроме того, максимальные значения параметров были характерны для верхнего торфяного горизонта ( К„ 281-1840 нмоль/г, Уаах 40,5.-335.0 нмоль/часг) и уменьшались к надмерзлотному (Табл.4).

Анализ популяции метанотрофных бактерий иммунофлуоресцентным методом - в исследуемых нативных образцах показал, что внутри почвенного профиля происходит четкая смена видового состава сообщества (Табл.5). Верхние горизонты являются местообитанием метанотрофов I группы. В середине профиля в популяцию входят представители обеих групп, в надмерзлотном горизонте обитают исключительно метанокисляющие бактерии II группы. Таким образом, наивысшие значения Утах в верхнем горизонте мерзлотной торфяной болотной почвы обусловлены активностью метанотрофов I группы - МеШу1ошопаз, Ме№у1оЬас1ег, Ме№у1оссосиз.

Сравнение значений скоростей продукции и потребления метана в моделируемых условиях показывают, что потенциально весь образованный внутрипочвенный метан может быть окислен популяциями метанотрофов.

И

Таблица 4

Продукция и потребление метана мерзлотной торфяной болотной почвой при различных температурах

У5 С Горизонт, Продукция Потребление

глубина, Уобр- нмоль нмоль К,,,,

см СН4/час-г СН4/час-г нмоль/г

+ 7° С Т1 2-10 4,37 40,50 281

Т2 10-20 0,84 8,86 228

ТЗ 20-30 0,01 3,15 250

+15° С Т1 2-10 15,89 47,99 400

Т2 10-20 0,15 13,61 327

ТЗ 20-30 0,06 5,08 369

+25° С Т1 2-10 36.29 335,00 1870

Т2 10-20 5.76 24,24 602

ТЗ 20-30 1.57 6,91 404

Таблица 5

Видовой состав популяции метанотрофов мерзлотной болотной торфяной почвы (% от суммарной численности всех метанотрофов)

м е т а нот D 0 ф ы группа

глубина Methylo Methy1о Methylo Methylo Methylo

см monas bacter coccus sinus cystis I II

0-5 _ 6,3 87,5 6,2 - 93.8 6,2

5-15 - 83, 5 16.5 - - 100,0

15-25 1,2 49.8 - 34,5 14,5 51.0 49,0

25-45 - - - 70,4 29,6 - 100,0

12

5. Эмиссия метана. Исследования потоков метана из 15 участков, расположенных в трех районах Колымской низменности доказали, что степень гидроморфизма является определяющим фактором з эмиссии метана из почв тундровых ландшафтов в атмосферу.

С возрастанием гидроморфности увеличивается процесс горфонакопления, вместе с чем происходит накопление метана в точвенном профиле. Поэтому в почвах субаэральных ландшафтов (I группа - тундровый подбур. мерзлотная перегнойно-глееватая) содержание метана находится на уровне воздушных концентраций, ¡упераквальных (II группа) в диапазоне 0,13-0.86 г , а в ;убаквальных (III группа) - 0,77-8,70 г СН4 под квадратным метром талого слоя (рис. 5А).

Последующим звеном этой цепи является эмиссия метана в атмосферу, которая увеличивается закономерно с возрастанием удержания СН4 в почвах гидроморфного ряда от 0 до 252,9 мг :Н4/мг■сут (рис.5А). Внутри каждбй группы отмечается высокая [ространственно-временная вариабельность значений потоков.

Проведенные измерения потоков СН4. температур воздуха, говерхности почвы и динамики температур внутри почвенной толщи [оказало слабую корреляцию между температурой воздуха, поверхности : потоком метана (г = 0,09-0,48). Значительное влияние на динамику отока монет оказывать лишь прогрев и протаивание всего езонноталого слоя. Таким образом , наблюдается лишь межсезонная орреляция температур и потока и отсутствие строгой внутрисезонной ависимости этих величин.

Характер растительного покрова значительно влияет на поток етана (рис.5Б, 6). На участках, занятых мхами, существенное одержание метана находится внутри почвенного профиля. Мхи вляются мощными биологическими фильтрами для проникновения очвенного метана в атмосферу, так как не обладают развитыми езикулярными структурами и не участвуют в транспорте метана, а акже являются экологической нишей для активных метанотрофных ообществ. Сосудистые растения транспортируют метан в

гмосферу из зоны его генерации внутри почвенного профиля сквозь ону активного окисления. В целом, для всех почв, занятых мхами, реднее значение потока составило 24,9 мг СН4/мг-сут, под эобществами сосудистых растений - 80,1 мг СН4/м2-сут.

см

60 40

н

* го 200

* во

I 60

0

м

я го-

* Ш

° го

1 60

40

го О

МХИ

»шшшшшв

СОСуаостне рас/пенил

Рис. 5. Содержание и поток метана в мерзлотных почвах: А - различной степени гидроморфизма; Б - под различными растительными ассоциациями.

/10

so

40-

JO

>0

Ю-

сутки

2 4 6 8 10 12 14 18 18 20 22 24 26 28

° no-

te

to

о а

so

to

22 шля

* V neSfpxfOana

18 августа

сутки

/О — -

го

зо

г 4 6 8 10 12 14 15 18 20 22 24 26 28 22 моля 18 августа _J-^--1-1-1--.,-.---1-

го

ю /в

В /

о

о-

Рис.6, динамика потоков метана на участках с различным типом растительности: А - участок, занятый Sphagnum; Б - участок, занятый Сатех; В - термоизоплеты почвенного профиля

выводы

1. Мерзлотные болотные и пойменные болотные почвы Колымск низменности являются основными источниками биогенного метан поступающего в атмосферу с этой территории.

2. Активная бактериальная генерация метана в талом слое по локализована ниже уровня залегания воды. Интенсивное метанобразования составила 0,87- 27,11 мкг/дм3 в сут., приче 85-99% метана образовалось при восстановлении углекисло водородом.

3. Жизнеспособные метаногены выявлены на основн специфических субстратах в талом слое почв вплоть до мерзлых тол: Максимальные численности гидрогенотрофных и метилотрофн: метаногенов обнаружены в верхних торфяных горизонтах.

4. Функционирование мезофильного метаногенного сообщества " situ", адаптированного к кислой реакции среды, подавляется низк температурой. Наиболее распространенными из исследованных вид являются бактерии рода Methanosarcina.

5. Бактериальное окисление метана наиболее активно протека на границе раздела вода-воздух в переувлажненных горизонтах поч: хорошо разложившихся мхов, поверхностных слоях воды. Метанотроф; составляющие бактериальный фильтр на пути проникновения ^етана : почв в атмосферу, активно развиваются на частиц, трансформированного органического материала.

6. Доля метанотрофов в общем бактериальном сообщест] мерзлотных болотных почв составляла 1-23%. Наибол' распространенными являются метанотрофы I группы (40-75% от bci метанотрофов).

7. .В модельных экспериментах потенциальные скорости окислен: метана превышают скорости его образования во всех горизонт, талого слоя мерзлотной болотной торфяной почвы. Высокое значен: скорости окисления метана в верхнем торфяном горизонте связано преобладанием метанотрофов I группы (роды Methylobacte: Methylomonas и Methylococcus), более низкие значения это показателя в надмерзлотном горизонте - метанотрофов II груп; (роды Methylosinus и Methylocystis).

8. Содержание метана внутри талого слоя почв и его поток в 1тмосферу увеличиваются с нарастанием гидроморфизма. Среднее иачение потока метана из мерзлотных почв гидроморфного ряда ¡оставляет 53 мг/мг ■ сут. На величину потока существенно влияет юстав растительной ассоциации. Поток на участках, занятых мхами, | 3-3,5 раза ниже, чем на участках, занятых сосудистыми астениями.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Samarkin V.А., Rivkina Е.М., Vecherskaya M.S. Methane in undra Soils of the Kolyma-Indigirka Lowland and its Flux to the tmosphere. In: Abs.10 ISEB, San Francisco, California, USA, Ug. 19 - 23, 1991, p. 38.

2. Vecherskaya M.S., Samarkin V. A., Rivkina E.M. The Use of sotope Methods in Methane Emission Studies in a Polar Region, oils Newsletter, 1992, Vol. 15, N1 p.23.

3. Vecherskaya M.S., Samarkin V. A., Galcnenko V. F. Bacterial зthane Oxidation in the Tundra Mosses. In: Abs. XI ISEB, ilamanca, Spain . Sept. 27 - Okt.l, 1993.

4. Vecherskaya M.S., Galchenko V.F., Sokolova E.N. and Samarkin A. Activity and Species Composition of Aerobic Methanotrophic immunities in Tundra Soils. Current Microbiology, 1993, Vol;27, ). 181-184.

5. Samarkin V.A., Fedorov-Davydov D.G., Vecherskaya M.S., .vkina E.M. C02 and CH4 Emissions on Cryosols and Subsoil ¡rmafrost and Possible Global Climate Change. In: Soil - 14 -•ocesses and Greenhouse Effect. Edited by R. Lai, J. Kimble and

Levine, US National Soil Survey Center, Lincoln, NE. 1994, i. 55-71.

6. Vecherskaya M.S., Samarkin V.A. Biotic Control of 4-emission from Tundra soils of Kolyma Lowland. In: Abs. Book 1. th Arctic Science Conference, 25 - 27 Aug. Anchorage, Alaska-94. 29 Aug.- 2 Sept., Vladivostok, Russia, 1994, p. 244.

7. Samarkin V.A., Vecherskaya M.S., Rivkina E.M. Methane in rmafrost soils of Cryolitozone of the North-Eastern Siberia. Ecol.Chem., 1995, Vol.4, N1, pp. 24-30.

8. Vecherskaya M.S. Methanogenic Communities in Tundra Soils and eir Possible Behaviour untjer Climate Warming. In Abs. XII ISEB о de Janeiro, Brazil, 3-8 Sept., 1995 , p.106.