Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

СТРУКТУРА КОМПЛЕКСОВ ПОЧВЕННЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ В ПРИРОДНЫХ И АГРОЭКОСИСТЕМАХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "СТРУКТУРА КОМПЛЕКСОВ ПОЧВЕННЫХ АКТИНОМИЦЕТОВ В ПРИРОДНЫХ И АГРОЭКОСИСТЕМАХ"

ьлъш

московский ордена Ленина

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИЕЕРСШЯ1 имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Факультет Почвоведения

На правах рукописи УДК 631.461

СОРОКИНА Лидия Евгеньевна

структура комплексов почвенных шйномицетов В природных и агроэкосжггшх

Специальность 03.00.07 - мккробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой е?епечи кандидата биологических наук

МОСКВА - 1990

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Д.Г.Звягинцев

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

В. Д. Кузнецов кандидат биологических наук Л.П.Терехова

Ведущее учреждение; Московская сельскохозяйственная академія

им. К. А, Тимирязева

Защита состоится п Жіґ&^.і . 199^года в 15 ^ час. на заседании специализированного совета /Ж* В МГУ

їм.М.В.Ломоносова в аудитории М-2.

С диссертацией можно ознакомиться,в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан "' " 1990 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета в МГУ.

им.М.В.Ломоносова, по адресу: Москва.- П9899, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук, доцент

ИЛІ.Бабьева

Актуальность проблемы. В последние годы, в связи о интенсификацией сельского хозяйства, возрос интерес к экологии почвенных микроорганизм б. Изучение законов, по которым функционируют почвенные микроорганизмы в естественных экосистемах, и определение происходящих в них изменений при сельскохозяйственном использовании является актуальной проблемой почвенной микробиологии.

Актиномицеты являются неотъемлемой частью микробной системы почвы.' Почва - природный субстрат, откуда они выделяются в наибольшем количестве и разнообразии. Традиционно для видовой характеристики актиномицетов в почвах пользуется перечнем больших списков видов. Однако, одни виды для конкретных экологических условий могут быть типичными, другие - случайными. Показателем конкретных экологических условий может служить только специфический набор видов. Для его выявления вводится понятие комплекса актиномицетов аналогично понятию комплекса микроиицетов {Мирчинк, 19Э4) и характеризуется видовая его структура с помощь» определенных количественных критериев. Анализ структуры комплекса почвенных актиномицетов в природных и агросистемах позволяет оценить изменения в микробной системе почвы при сельскохозяйственном использовании.

Цель работы - характеристика изменений структуры комплекса актиномицетов как показателя состояния микробной системы дернопо-подэолистой отчва при сельскохозяйственном использовании и применении различных-агрохимических воздействий.

Основные задачи исследования.

1. Разработка новых методических приемов для вцделекия к характеристики структуры комплекса актиномицетов.

2. Сравнение структуры комплексов актиномицегоЕ дерново-подзолистой почвы в природном (лесном) и агробиогеоценозе (поле).

3. Изучение влияния длительного применеггия минеральных удоб-

рений, извести и навоза на структуру комплекса актиномицетов дер-нозо-тодэолистой почвы.

4. Изучение динамики общей численности актиномицетов и основных представителей комплекса актиномицетов в ходе сукцессии» ини-цвчрованной увлажнением и внесением извести в дерново-подзолистую почву в условиях модельного опыта.

5. Определение степени перекрывания экологических ниш основных представителей комплекса актиномицетов дерново-подзолистой

почву.

6. Изучение влияния возрастающих доз азотного удобрения и извести на инициированный хитином комплекс актиномицетов дерново-подзолистой почвы.

Научная новизна!. С дамоцыз строгих количественных критериев впервые охарактеризована структура комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы и изменения, происходяцие в ней при сельскохозяйственном испольэоъагош.

Впервые определена степень перекрывания экологических кип у видов секций И серий СЬпехеиа АоЬтоиоевзеа , АХЬиз А1Ъиа , Козе из ЬаУйПс1и1йе-гоэехш к С1яегеия СЬтошо£впев.

_ Впервые на таксономическом уровне выявлены сукцессионные изменении в комплексе актиномицетов дерново-подзолист ой почвы.

Модифицирован метод инициированного микробного сообщества (Гузев и др., 1980) для выделения актиномицетов из почвы и оценки рь^личных антропогенных воздействий на комплекс почвенных актино-МИЦеТОЕ,

Практическая значимость. Дня характеристики актиномицетов в почвах предлагается использовать понятие комплекса актиномицетов, структура которого определяется с помощью количественных критериев. Структура и состав комплекса актиномицетов могут служить показателями конкретных экологических условий, так как выявляют специфи-

ческий для дшлых условий набор видов; Результаты исследования структуры комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы включены в методическое руководство "Метода определения структуры комплексов почвенных актиномицетов и грибов" (Зенова, Кураков, 1936).

Разработаны рекомендации для направленного выделения заданной таксономической группировки актиномицетов из дерново-подзолистой почвы.

Метод инициации комплекса актиномицетов хитинам предлагается для выделения актиномицетов из почвы. Характеристика актинокицет-ного комплекса, инициированного хитином, может быть использована для оценки антропогенных воздействий на микробную систему почва.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на Всесоюзной школе "Проблемы устойчивости биологических систем" (г.Севастополь, 1990), на заседании кафедры биологии ючэ ^-та почвоведения МГУ.

Публикации. Одна статья, тезисы. Три статьи сданы в печать.

Структура имобъем работы. Диссертация состоит из введения,

гЛдв, обсуждения результатов, вьаодов. Материалы диссертации изложены на страницах машинописного текста, включая таблиц и рисунков, список литературы из названий

(из ник зарубежные).

Автор выражает своп искре ніс» признательность доц. Г.М.Зеновой за помощь в работе. Автор благодарит ст.н.с. П.А.Кожевика, ст.к.с. Б.С.Гузева за консультации в процессе выполнения работы и ст.н.с. Н.Ф.Гомонову за предоставленные образцы почвы опытного поля каф. агрохимии.

Объекты и методы исследования. В работе использовали образу дерново-подзолистой оглеенной среднесуглинистой почви на покровных суглинках,. отобранные на территории* агробиологической ствнщк

2-12Е/У

г

МГУ в Чашнидаво (Московская область). Образцы отбирали с производственного поля с семипольным севооборотом, в 1963 и 1984 гг. занятым под клевер, и в ельнике Серезово-ольховоы, в мае, июне и сентябре 1934 г., в поле с глубин 0-5, 10-20 (пахотный слой) и 30 см (подпахотный слой), в лесу - по горизонтам АХ, А1Д2 и А2 и подстилки (слои ь и ? + Н),

Дня изучения влияние длительного применения минеральных удобрения, извести и навоза на структуру комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы использовали образцы почвы, отобранные с опытного поля кафедры агрохимии ф-та почвоведения ЮТ на территории агробиологической станции в Чашниково. Образцы отбирали с 1985 по 1988 гг., 3 раза в год со следующих делянок: контрольной (кислая дерново-подзолистая почва), делянок, в которые вносились азотное, азотно-калийное, фосфорное и полное минеральное удобрения на« отдельно, так и в сочетании с известью, навозом и известью + навоз. Минеральные удобрения вносились с 1973 г. в дозе ICO кг/га - в расчете по действущему веществу. Известкование проводилось в 1955, 1961, 1969, 1976/ 1983 гг. по полной гидролитической кислотности (г.я.). Навоз вносили в дозе 90 т/га за ротацию севооборота.

Для учета пространственной частоты встречаемости актиноми-цетов образцы почвы отбирали в 10 точках методом случайных проб.

Для проведения модельных опытов использовали дерново-подзолистую почву с территории опытного поля кафедры агрохимии. В модельном опыте по изучению влияния извести на комплекс актиномя-цетов вцелом и на динамику численности отдельных представителей комплекса, постоянно выделяемых из почвы, использовали образцы дерново-подзолистой почвы с контрольной делянки и делянки, в которую раз в восемь лет вносилась известь в дозе I г.к. (в тексте мс'гву с известкованной делянки называем длительно известкованной).

в которые вносили известь в дозах I и 3 г.к. Почву увлажняли до 60® от обадей влагоемкостк, инициируя таким образом микробную сукцессию. Посевы проводили: первый - в мшент инициации сукцессии, последующие - через Э, 7, 15 и 30 суток.

Почву подготавливали к анализу методом растирания (Звягинцев, 1975). Производили поверхностный посев почвенных суспензий на казеин-глицериновый агар, инкубацию вели в термостате (28-30°) 7-14 суток. Дифференцировали и учитывали количественно все цветовые группы актиномкцетэв (секции и серии), выделяли актитомкцеты в чисту» культуру на минеральный агар-I (Гаузе и др., 1903). Принадлежность выделе ниш культур актиномицетов к роду Зггер^овусьэ или Шегошопоэрота определяли, используя морфолошческие и хемо-таксоодмические показатели (Зегееу ЕвпиаД. , 1965). Видовую идентификацию стрегггоыкцетов проводили по определите.™ Г.Ф.Гаузе с сотр. 1983 г.

Для калдого образца рассчитывали следующие показатели:

1. Общую численность иолониео(5разущих единиц (КОЕ) актиномицетов на I г почвы, » , с определением доверительных границ для срэднего.

2. Численность видов каждой секции и серии, , КОЕ/г почвы.

3. Число выделяемых секций, а .

4. Показатель видового разнообразия (индекс Шеннона):

н « 1ов2 р1 , где р. » —1 - относительное оби-

лие видов 1- - секции (серии) (Одам, 1975).

5. Для оценки степени сходства использовали коэффициент Со-ренсека: » ■ д^ц*" , где А и В - сумма частот встречаемости видов двух сравниваемых вариантов, С - частота ветречаемссп: о<5щих для двух сравниваемы* вариантов видов (1йфнин, Гозенберг, 1983).

Проводили кластерный анализ ¡Сйндреев, 1980). п

6. Пространственную и временную частота встречаемости. Совместное использование этих двук показателей позволяет выделить типичные и случайные виды в комплексе актиномицетов. Типичные доминирующие виды имеют высокую пространственную я высокую временную частота астречаедасти (выне-СОЙ), типичные частые - пространственную и временную частоты встречаемости вше 30&» типичные ^ редкие - низкую пространственную (меньше 30$) и высокую времен- й

и

цую (выше 30$) частоты встречаемости. Для случайных видов оба показателя но превышают ЗОЙ (Мирчкнк, 1934).

7. Для определения степени перекрывания экологических ниш основных; представителей комплекса акткномицетов пользовались

где , - обилие видов, 3 и к в і -дробе, ял и

Н„ -.общее (суммарное) Обилие видов 4 и Ь (Ріапке , 1974).

£

Определение влияния воэрастащюс доэ&зотного удобрения и извести :на комплекс акгиномищвтоь проводили с помощью модифицировав но го -метода инициированного микробного сообщества (Гуэе® и др.» ■1980), в котором в качестве критерия изменения микробной системы почвы использовали изменения в видовой структуре и составе инл~ цифрованного хитином комплекса актиномицэтов. Хитин использовали в качестве инициирующего субстрата как наиболее избирательный для актиномицетов. Ыелкоиэмельченкый хитин напыляли не непосредственно на почву, а на поверхность мембранного фильтра (Сикгюр, 1 » 0,4 мкм), помещенного на увлажненную до 60$ от общей влагоемкос-ти почвенную пластинку в чашке Петри <44 см). Использование мембранного фильтра указанного размера пор было необходимо для ограничения роста грибов на хитине. Инкубация длилась 3-4 недели

следующей формулой:

.

в

при температуре 28°. Наблюдение за развитие» актиномнцетов на хитине вели визуально и с гкжещью бинокулярной лупы. ДЬминируищи-ыи видами считали виды, занимающие более 2Сб площади покрытия полоски хитина, часто встречающимися - 5-20$, редко встречающимися - менее Выделение актиномицетов в чистую культуру осуществляли непосредственно с поверхности хитина прешравальной иглой под контролем светового микроскопа. Отобранный инокулят переносили на минеральный агар-I,

В дерново-подзолистую почву вносили следущие дозы азотного удобрения (Ш4ИОэ): 30, 100 , 300, 1000 , 3000, 10000, 30000, 100000 кг/га, отдельно и в сочетании с известью в дозах 0,25; 0,5; I и 2 г.к.

Результаты и обсуждение

Структура комплексов аитиномииетов детшовс-подзолистой почвы лесного и агроценоэа

Численность акгиномицетов в окультуренной дерново-подзолистой почве (агроценоэ) в пахотном слое ( 0-20 см) составляет 1,6 -2,5*10® КОБ/г почвы, в зависимости от сроков взятия образцов. Численность актиноыицетов в слоях 0-5 и 10-20 см достоверно не отличается. В подпахотном слое численность актшотядетов (за исключением весеннего срока взятия образцов) значительно ниже -в 2-10 раз - чем в пахотном слог. Наибольшая численность актино-мкцетов наблюдалась в июне и сентябре.

То же можно сказать и о разнообразии актиномицитов дернеэо-подэолистой окультуренной почвы: наибольшим оно сдоо в пахотном слое по сравнению с подпахотным. Осенью отмечалось максимальное разнообразие актиноыицетов (рис. Та).

Лесная дерново-подзолистая почва отличается от окультуренной згметно меньшим количеством актиномицетов: в горизонтах А1 и А1Л2

3-125/У

т

(достоверных отличий между горизонтами нет) она, в зависимости от сроков определения, колеблется с« 0,01 до 1,5.10б КОЕ/г почвы. Из горизонтов AI и AIA2 выделялось наибольшее по сравнению с подстилкой и горизонтом А2 количество актиномицетов, В подстилке актинсыицзтов крайне мало, особенно в Ь -слое. Разнообразие актиномицетов в лесной почве невелико по сравнению с окультуренной дерново-подзолистой почвой; индекс разнообразия не цревшал (в окультуренной пах 3,3), в среднем был ниже 1,0. В лесной подстилке разнообразие актиномицетов значительно ниже, чем в почве леса, что свидетельствует о большей зрелости последней как системы.

л, ит/г

" 5

20 30

см

4-

й/

L

F-H Al

А1А2

А2

rcDzaoiíTU

0,5_

п ,млн/г

L

F*H Al

AÍA2

А2

горизонты

4 К

1,5 Н

Рис.1. Численность /л/ и разнообразие /Н/ актиномидатов flepv™-поаттастой шнвн двух биогеоценозов / а - поле , й - лес / » резное время гада / >—- - май, —- июнь, ——» -сентябрь/.

Определение частоты встречаемости С пространственной и временной) разных видов актиномицэтов в лесной и окультуренной дерново-подзолистой почвах позволило выявить специфический для каждой почвы набор видов. Оказалось, что комплекс актиномицетоа дерново-подзолистой почвы 2-х биогеоценозов по разному организован, Так, в почве агроценоза доминируют представители рода stre?-temycee , относящиеся к ■ . секциям einer виз Chrcetogenee, Albus Albus , Cinereua СЬгуеодаНий , Albus Albocoloratus , 1 и представитель рода Ы1еглполоярога ( liierоыопо spoi- а gallica ), в то время как в лесной почве доминируют только виды рзда Streptaayces ( ОТКОСЯЩИЭСЯ К одной секции ( Ciaereus Acbrotooeenea) (рис. 2). Видовой спектр в почве агроценоза значительно шире, чем в лесной почве: в окультуренной почве он представлен 52 видами, в лесной почве - 30.

Очевидно вида, являющиеся доминантами в лесной почве (из секции и серии СШегеия Achromogenes ) принимают участие в разложении органического вещества лесной почты, где средоопреде-ляющими факторами являатся наличие подстилки, небольшое содержание гумуса, низкие значения pH и т.д. В агроценоэе расширяется спектр трофических субстратов с одновременным увеличением качественного разнообразия комплекса актиномицетов и сменой его доминирующих видов.

С помощью коэффициента Соренсена и проведения кластерного анализа сравнили комплексы актиномицетов дерново-подзолистой почвы 2-х биогеоценозов. Бее группировки достаточно четко разбились на два кластера: первый образован комплексами актиком'лцетов почвенных горизонтов агроценоза ( ка 0,7-0,5); второй с'разовая комплексами актиномицетов почвенных горизонтов лесного биогеоценоза. Коэффициент сходства между двумя кластерами 0,3-0,5. Наибольшее сходство внутри каждого кластера: в поле - между горизонтами

Рис.2 Структур» комплексов актиномкцетов * дерново-подаояистой почве двух

биогеоценозов.

ЦЩ - типичные цомкиирутдне виды ~ типичные редкие ВИЦЫ

шутр - типичные частое виды [Щ1 - случайные виды

125Л

1_

пахотного слоя, г лесу - между горизонтами AI и АШ. Следует отметить, что сходство между никними и верхними горизонтами почвы одного биогеоценоза всегда вше, чем соответствующих по глубине горизонтов почв разных биогеоценозов.

Таким образом, показано, что сельскохозяйственное использование дерново-подзолистой почвы привело к резкому изменению структуры комплекса актитмицетов.

Влияние длительного применения минеральных удобрений. извести и навоза на структуру комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы

Окультуривание почв связано с применением различных систем удобрений. Следующим этапом -, работы было изучение влияния длительного применения минеральных удобрений, извести и навоза на структуру комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы.

Численность актиномицетов в контрольной (кислой) дерново-подзолистой ГКГСбе опытного поля колеблется в пределах 0,2 - 3,4*106 КСЁ/г почвы в зависимости от сроков определения.

¡-.Сезонные колебания численности актиномицетов достаточно большие: осенью численность актиномицетов во все годы исследования была максимальной и превышала в 5-10 раз численность актиномицетов весной, Летом численность амтиномицотсв достаточно высока, однако нисе, чем в осенний период примерно в 3 раза. На фоне таких заметных сезонных колебаний численности актиномицетов трудно говорить об изменениях численности актиномицетов в разных вариантах опыта (варианты с внесением различных минеральных удобрений, извести и навоза), где численность меняется в небольшом диапазоне. Однако, учитывая отклонения средних из 10 повторностей значений (доверительный интервал), различия в численности актиномицетов по накоторда вариантам удается отметить.

4-125А

и

9* 6.0

5,5 5,0

6,0

5,5

5,0 6,5

6,0 5,5

к

Н,

12 3 4 5

А

Л

X

I

гЬ

%

май

-ь

4Л

+4,

ЕШЬ

Ш

II

Л

I

1

¥

сентябрь

шй

т

ш

1

1

2.0

1,0

щ

I

У'А

I

ш

■2.0

1.0

3,0

2,0

1,0

Рис* 3. Численность /0/ и разнообразие актиншиттов "

дерково-поязсяистой почва /%/. при' длительном применении азотного /2/, азотно-калийного /З/, фосфорного /4/ и полного иивералги ог о./5/ удобрений по кислому фону / А / и ¡Гону извести / Б /, Данные 19?7 г. '

, Длительное пряме не нто минеральны* удобрений (азотного, азотно-кшшйнаго в полного минерального) не дерково-л одз сшитой почве существенного влияния на численность актиншицетов не оказывает» В варианте с псиным минеральным удобрением численность сктиналицетсв во все сроки определения оставалась примерно на уровне контроля. В случае с азотным и азотно-калийным удобрениями наблюдалась тенденция уменьшения численности актиншицетов по сравнению с контрольной дерново-подзсяиетой пшвсй.

'Из всех вариантов заметно выделяются.известкованные (варианты, в которые известь вносилась отдельно и а сочетании с минеральными удобрениями и навозом ) . Длительное известкование де рнов о-п одз сштс-той'почвы приводят к увеличению численности актиншиыетов-в почве/ 1Го данным 1987.г., представленным на рис.3»численность актиномкцз» . тов в длительно известкованной лечве в 3 -.5 раз выше, чем в контрольной не известкованной лериоэо-падэояистой почве в зависимости от сроков определения.

Длительное праленение минеральных удобрений наряду с нзеєсткс^ ваняем дернево^-поаасйист ой пачвы также приведи1 к увеличению численности актиномшетов в почве.

^ Длительное [внесение в лернобо-лодэалиту» печв^ навоза неоднозначно влияет на численность актиншицетов. В разные годы исследования наблюдали как уменьшение, так и увеличение численности актиноміцет ов в варрантах с навозом: так, ь 19Є5 и 1986 гг. во все сроки вегетационного периода численность актиншицетов в варианте с навоз см не изменилась по сравнению с контрольной почвой; в-19Р7-г.^в весенне-летний период она возрастала в 2-5 раз,.а в-1988-г. в летние сроки определения оставалась на уровне контроля, в осенние - уменьшалась в 3 раза по сравнение с контрольной почвой,

: Изучение действия минеральных удобрений в сочетании с навезем

также ке дало однозначнкх результатов - наблюдались колебания как в сторон/ уменышиия, так и в сторону увеличения численности акти-номвдетбв|по сравнению с контролем. ■*

^Сочетание- же кавоза с известью пр^сдит к увеличению численности гктшшидатэд..

Такш образом, внесение извести в кислув Ее рнов о-иодэ ал истую . почву в любых сочетаниях с минеральными удобрениями и навозш увеличивает численность актиишицвтов.(

Деятельное внесение азотного и азотно-калийного удобрений Чов&-11одзслт!стую потву сопрововдается.наряду с тенденцией уменьшения численности, снижением видового разнообразия актином ице тов в почве, В случае с л'НС разнообразие актин ощтетов практически не меняется) При внесении в дерново-псдзслитую почву навоза только в 1986. г. и в мае 1987 г, отмечалось увеличение разнообразия актинсмицетов по сразненго с контрольной почвой. В остальные «е годы исследования ; сконько-нибудь заметного изменения видового разнообразия актяномн-цетов в вариантах с нр.воэсм не наблюдалось; та терзан оншарность наблюдается и в вариантах с мннераяьньии удобрениями по навоза.

^несение минеральных удобрений по фону-извести и по фрну известь + навоз во все сроки определения увеличивало разнообразие актинсшшетов в дзрново-подзадистой почве: индекс разнообразия ак-твнсшщэтов на известкованных вариантах■ возуастает достаточно резко ко сравнений СлНеиэвесткованннми вариаитэми,'.

Актююмидатн дерн ово-яодэ ал истой почвн опытного поля, выделен:—-ные на казеин- глицериновой среде, представлены двумя родами .

З'Ьгер'Ьотуовв И М 1ег «воповрозг а . Доминантами практически во . всех опытных вариантах являются стректомицеты, относящиеся к секциям и сериям СШтш АаЬгалюдома и А1Ъив А1Ьиа , которые.. постоянно выделялись из почвы и имели высокую (> б0£) пространствен-

i d частоту встречаемости.

На известкованных вариантах количество доминантных и часто встречающихся видов увеличивается за счет представителей секций и серий САлвтвмй Cbxoaogenea , Roseua Lftire»d\)l&»-:roe»ua (Ciner«ua Chryswtairue, BeXvola -*f Igtuo HelvolvA к др ^ Интересно от-

метить, что в частые выходят виды секций и серии Koseue lavendulae -гоэеиз t которые в неизвесткованньк вариантах являются либо случай кши, либо отсутствуют совсем. На известкованных вариантах расширяется и видовой спектр представителей каждой секции.

Таким образом, при известковании дерново-подзолистой почвы, кроме увеличения численности и разнообразия актиномицетов, происходят изменения в структуре комплекса актиномицетов - изменяется состав доминантных и часто встречающихся видов, расширяется видовой спектр представителей комплекса.

При проведении кластерного анализа для сравнения комплексов актиномицетов в разных вариантах опыта выделились два кластера: первый образован комплексами актиномицетов во всех известкованных вариантах, второй - комплексами актиномицетов в кислой дерново-подзолистой почве и в вариантах с минеральньв« удобрениями. Сходство в пределах одного кластера высокое кв 0,8-0,9; между двумя образовавшимися кластерами ниже - К^ 0,5-0,?.

Такт образом, минеральные удобрения и навоз практически на оказывают влияния на структуру комплекса актиномицетов дерноэо-оадзолвдтой почв«,

^ Перестройка комплекса актиномицетов происходит при известко-

вании дерново-подзолистой почвы,

I

Динамика численности актиномицетов в ходе сукцессии. инициированной увлажнением и внесением извести в дерново-подзолистую почву

В лабораторных условиях был поставлен модельный опыт по

более детальному изучению влияния извести на комплекс актиномице-тов вцелом а на динамику постоянно выделяемых представителей комплекса.

На рис. 4 представлена динамика численности актиномицетов в коде сукцессии, инициированной увлажнением и внесением извести в дерново-подзолистую почву (кислую и длительно известкованную).

Общая численность акгиномицвтов в кислой дерново-подзолистой шчве в момент увлажнения составила 1,33» 10® КОЕ/г почвы. К 3-м суткам после увлажнения почвы наблюдалось заметное снижение кис-

С

ленности актиномкцетов - до 0,42-10 КСЁ/г почвы, затем с 7-х суток численность акгиномицвтов начинает возрастать, достигая максимального значения на 15-е сутки, затем происходит ее снижение к 30-м суткам примерно до первоначального уровня.

Основные изменения численности актиномицетов в ходе сукцессии происходят за счет доминирующих видов секций и серий САаегвив ¿вЬгоаоеепеа н Д1Ъяа АХЬия.

Внесение извести в кислуг дерново-подзолистую почву приводи» к некоторый изменениям в динамике численности актиноиицетов. Начиная с 7-х суток с шла отмечается поступательное увеличение общей численности актиноиицетов со стабилизацией к ЭО-ы суткам на уровне вше первоначального. Возрастает доля видов таких секций к серий как Воавгш ЬотвпаиЛ-аи-говеив и С1пм?«иа СЬготов&пеа которые малочисленны в кислой дерново-подзолистой почве.

В варианте с внесением извести в дозе 3 г.к. отмечается уменьшение амплитуды колебаний численности актиноиицетов - характер кривой становится более плавный (рис. 4 А,б),

Численность акгиномицвтов в длительно известкованной дерново-подзолистой почве в начальный момент составила 2,93-10® КОЕ/г почвы (рис.4 Б), что превыпает таковую в контрольной (кислой) рэрново-подзолистой почве и характеризуется узкой амплитудой коле-

Рнс.4. Динамика численности актин атлетов в хоте сукцессии, ■кншогро-ванноа уапажвекяэа /а/ контрольной /А/ я длительно известкованной /Б/ дерново-подзолистой почвы и внесением извести 9 дова 3 т.к. /б/.

Сотая численность щстаншясетсв - 1; численность гктинскиште® секииЙ и серий: Л'лс/*^ .Л2;-3; иагглс€и¿а* -4; С^ег^и-г СЛго'перелш* - 5. и

баний численности в ходе сукцессии.

В длительно известкованной почве увеличивается численность видов секций и серий »««на 1«майи1м-гомив и

Chrcmiogenea,

Внесение извести в дозах I и 3 г.к. в длительно известкованную почву оказывает меньшее влияние на ход сукцессии, чем известкование кислой дерново-подзолистой почвы, однако и здесь наблюдалось поступательное увеличение численности актиномицетов с 7-х к 30-м суткам опыта.

Если изменения общей численности актиномицетов в ходе сукцессии в кислой дерново-подзолистой почве определяются доминирующими видами двух секций и серий ( Ciaereua Acbromogsnea и Albue Albua )( то в длительно известкованной почве эти изменения определяются более разнообразным набором видов секций и серий R°eeua LerendulM-Toseus , Clnereua Cbrmogeiiee jHelTolo-flavus Лв1то1чя, CiJnereua Chrysomallus, Albus Albocoloratus ^ И Др., численность

которых в длительно известкованной дерново-подзолистой почве значительно выюе, чем в кислой. Таким образом длительно известкованная дерново-подзолистая почва отличается болыпш разнообразием актиномицетов по сравнению с кислой дерново-подзолистой почвой. Известкование кислой дерново-подзолистой почвы увеличивает разнообразие актиномицетов, начиная с 7-х суток опыта, причем увеличение индекса разнообразия пропорци онально дозе внесенной извести. Внесение же извести в длительно известкованную почву не столь резко повшает индекс разнообразия актиномицетов. Очевидно, в длительно известкованной почве сформировано более стабильное сообщество, которое мало меняется яри дополнительном внесении извести в почву.

Получетую информацию можно использовать для направленного выделения ажтиномвдетов из почвы. Обогащение почвы СаС03 тради-

ционно используется в практике селективного выделения почвенных актиномицетов, Но при это«, как показано вше, необходимо учитывать сукцессионные изменения. Б частности, для более полного выделения актиномицетов следует инкубировать увлажненные до от общей влагоемкости почвенные образцы с известью 1-3 г.к. не менее 15 суток.

Наблюдения за динамикой численности актиномицетов, принадлежащих к различил) секциям и сериям, позволяет выявить благоприятные и неблагоприятные для них сукцессионные этапы. Наиболее благоприятные условия для представителей секций и серий сш«г*ив АоЬгощовепвв цА1Ъив АХЬиа складываются на. начальном (О-момент) и промежуточном (7-е - 15-е сутки) этапах сукцессии. Дня представителей секций и серий Козе на Ьетеи<1и1е«^гоа«иа и С1п»геиж СЬгсиоб«11вв, напротив, начальный этап является неблаго приятн», а благоприятные условия-создаются на промежуточной стадии.

Внесение же в дерново-подзолистую почву извести создает для всех перечисленных видов благоприятные условия на промежуточном (15-е сутки) и позднем (ЗО-е сутки) этапах сукцессии.

Одной из главных в общей экологии и почти непредставленной в экологии микроорганизмов является проблема дифференциации экологических ниш видов в сообществе. Экокиша в современном понимании - это абстрактное многомерное пространство, каждая ось которого Представляет собой особый фактор. Таких факторов может быть бесконечно много. В лаборатории микробиолог имеет дело с ограниченным числом факторов, и к тому же неизвестно, в какой мере эти факторы дейотвувт 1п . Поэтому определение экотэга микроорганизмов на основе лабораторного изучения и таксономических описаний крайне затруднительно.

В работе предпринята попытка определения экологических ниш актинамицетнык популяций на основе изучения их динамики непосред-

стьенно в природном местообитании в широком диапазоне условий. В этом случае, основываясь на обилие погуляций 111 , необя-

зательно вычленять действующие факторы.

Основываясь на данных- по динамике ^/слекности четырех постоянно выделяемых на казеин-глицериновой среде секций и серий видов айтиноинцетов во всех шести вариантах опыта, рассчитано попарное перекрывание экониш. Экологические нипи исследуемых популяций не разобщены полностш в пространстве, а в той или иной стенени перекрываются. Наиболее блиаки зкониаи следующих пар объектов: виды секций и серий ОШюгеав АсЬ.т«ю5впм -А1Ъиа , степень пзрекрывания которых 0,733.; Ковеив Х.епгепйи1ав-гйвеиэ - С1дегеиа СЬгошокеаея , степень перекрывания - 0,726. Наиболее разобщены экониш видов секций и серий Сзлегвиэ ЛоЬгошоветев иКоввия ЬетепачЛ-Ея - тоэеиа (0,184) и С±пегв-1дв СЬгоапеепве- С1пегв«э АсЬготозвава (0,134), что свидетельствует о выраженном экологическом их "несходстве" за счет распределения основных ресурсов и других механизмов, которые снижают значмлость потенциальной конкуренции в почве.

Влияние возрастающих доз азотного удобтения и на инициированный хитином комплекс актиномицетов дерново-подзолистой ЙОЧВЫ

Изучение влияния высоких доз азотного удобрения и извести на состояние микробной системы почвы проводили с оогощью модифицированного метода инициированного микробного сообщества. В качестве показателя состояния микробной системы почвы использовал» изменения в видовой структуре (состав доминирующих, часто- и редко встречающихся видов) инициированного хитином комплекса акткноми-цето»,

Актиномицеты, наделенные из дерново-подзолистой почвы, пред-

го

ставлены видами рода strep t ошус в е(рис, 5А). Дсшдаирущиы является вид Streptorayoea rübigiaoaua . Остальные виды (S.lawÄdulae , S. pnemonlcua, S.globtsporua, S.naahvilleusia ) являются редкими.

При внесении в почву азотного удобрения в дозе 30 кг/га. видовая структура комплекса актиномицетов, инициированного хитином, не меняется. Сохранение стабильности видового состава и структуры комплекса актиномицетов при дозе 30 кг/га азота свидетельствует о целостности микробной системы почвы в данных условиях, что определяется как зона гомеоетаза (Гуэев и др., 1980). При внесении в кислую дерново-подзолистую почву азотного удобрения в дозе 100 кг/га происходит перераспределение доминантных видов в комплексе актиномицетов - В доминирующие выходит вид S.lanreadulae , вид S.rubieittosus переходит в разряд частых. В диапазоне доз 100-3000кг/га азотного удобрения комплекс актиномицетов пополняется новыми видаки, относящимися к разряду редко встречающихся:

S.Candidus , S,vlridobnxcmeua , S.filsmentosus и Др. ® разряд частых переходят редкие ВИДЫ комплекса S* neahvillensle и s.pneunonlcus . Перегруппировка видов со сменой доминантов свидетельствует о том, что диапазон доз 100-Ю® кг/га азота определяет состояние комплекса актиномицетов как зону стресса. При внесении азотного удобрения в дозе 3000 кг/га наблюдается резкое сокращение видов в комплексе актиномицетов и доминирование резистентных ВИДОВ S-pseudogriaeolufl

в S.nitroaperеив ^ Диапазон доз 30O0-I0QG0 кг/na азота определяется как зона резистентности комплекса. Начиная с дозы ЗСООО кг/га азота, выделяется зона репрессии - полное подавление роста и развития актиномицетов.

Внесение извести в кислую дерново-подзолистую почву наряду с внесением азотного удобрения (дозы извести I и 2 г.к.) приводит к изменению реакции комплекса актиномицетов на возрастающие

ЗО ІОО 300 1000 3000 ІОООО Э0000 100000

I ■ ж ? і

I її т І ІГ

1- 3£гер*ощусез ІатеїиЗиІае 2- з'.піЬіеіпввив 5- й, рпешюпіоиа

5- З.БІоЬіврбгоа 6~ Э. уІРІЛвЬгшшвив 7- З.ЇІІатмЛовив в- З.сапЛііиа 9- 3.рввиДоегівеоІив

10- 3 .пі^говрог еие

11- В.уіоІасевїиЬвг

12-3,1 Іатготгігвм

д шинирующие вицы

часто встречающиеся виды-

Рве. 5. Вяиянве возрастающих доз минерального даота отдайьно /А/ и в- сочетании © известью в дозе 2 г,к, /Б/ на структуру инициированного титкнда кшплекса актинСминетов дериово-покзо-

листов почвы. ......

На оси - дозы минерального аз ота," кг/га;

I— зова гсмеостазя^ - л- зона стресса; Ж- зона резистентности Щ -'зона репрессии.

дозы азота. Так, в дерново-подзолистой почве, в которую наряду с азотным удобрением вносилась известь, зона стресса начинается не со 100 кг/га азота, как в кислой дерноэо-подзолистой почве, а сдвигается до 1000 кг/га {рис.5В), То есть вприеутствии извести изменения в структуре комплекса актиномицетов (а именно смена доминирующих видов) происходит при более высоких дозах азотного удобрения, Верхняя граница зоны стресса также сдвигается в сторону более высоких доз азотного удобрения - ЭС000 кг/га. Зона стресса характеризуется сменой доминантов:S.iav*wiu 1 а« и S.pneumoaicue выходят в доминанты, a E.rubigintisus из доминантов переходит в разряд частых видов. s.naehviii<;nf iB из разряда редких переходит в разряд частых видов. В зоне стресса в комплексе актиномицетов выявляются виды S.tilaaentoeuB, S.viri.<3 (¿bruna eue, Е.pe -inJogristolus, S.candidue, S.nltrosporeus, S.flavoviryuB, Б.violac^oruber , которые в зоне гомеостаза„не обнаруживались. Виды S.flavovirens и S.violacíorubfr из кислой дерново-подзолистой почвы (без внесения извести) не выделялись. Зона резистентности в известкованной дерново-подзолистой почве наступает при более высоких, чем в кислой дерново-лодзолистой почве, дозах азотного удобрения-30000-100000 кг/га. Комплекс актиномицетов в этой зоне характеризуется тремя BHflaMHtS.peeudogrleeolus, S.aitroe'poí-cus и S.violac^oru'ber . При внесении в известнованну» дерново-подзолистую почву азотного удобрения в дозе IQOOOO кг/га начинается зона репрессии актиномицетов.

Таким образом, известкование дерново-подзолистой почвы делает комплекс почвенных актиномицетов значительно более устойчивым к действию азотного удобрения. Предлагаемый метод позволил оценить устойчивость комплекса актиномицетов, инициированного хитином, к действию азотного удобрения, вносимого в кислую дерново-подзолистую почву. Метод может быть использован для оценки влияния

на микробиу» систему почвы и других антропогенных факторов.

'/ выводи

1. Для характеристики структуры комплекса актинсмицатов использован новый методический подход, основанный на дифференцированном учете активомицетов, выделяемых из почвы, и применении количественных критериев для оценки видогой представленности ак-ТИНОКИЦЄТОВ Е почве.

2. Сельскохозяйственное использование дерново-подзолистой почвы приводит к резкому изменению структуры комплекса актиноми-цетоа, что выражается в смене доминирующих и часто встречающихся видов и расширении видового спектра актиноыицетов.

3. Установлены закономерности влияния различных агрохимических факторов на численность и структуру комплекса актиномицегоэ дерново-подзолистой почвы:

при длительном известковании дерново-подзолистой почвы увеличивается численность акткношцетов, изменяется структура комплекса актиномицетов - увеличивается число доминирующих и часто встречающихся видов, расширяется видовой спектр представителей комплекса;

длительное применение минеральных удобрений.» навоза в умеренных дозах не влияет на численность и структуру комплекса аггги-номицетов дерново-подзолистой почвы.

4. Наблюдение за динамикой численности актиі^мицетов в ходе сукцессии, инициированной увлажнением и известкованием дерново-подзолистой почва, позволило выявить степень перекрывал я экологических ниш постоянно ьвдедяешх из почвы активсммцетов^ Наиболее близкими оказались зкоккти у видов секций и серий Сіпегеиз Агіїгозоеепбіе И А1Ъиз А1Ь"из (0,733) И у ЙОэеиэ Ь етел <1и1 се -г ойе ив 11 сшегеиа CVtrorsosir.ee (0,7£6), Наиболее разобщены зконши у

Й4

Сіпвгеиз АеЬгооОБвпеа "И Йогвия Іізлтвпаиіае-гоавиа (0,184),

. Оіатевтів Скгсгао^таеа и Сілегеиа АсЬтспоЕ^еа (0,134).

5. На таксономическом уровне выявлены сукцессионные закономерности » изменении комплекса актиномицето» дерново-подзолистой почэы. Установлено, что наиболее благоприятные условия для представителей секций и серий Илегеиз ¿сЬтомокеива и Аіїціа АГЬиз складываются на начальном (0-момент) и промежуточном (7-15-е сутки) этапах сукцессии, для представителей секций и серий нозетм Ьетеайіііав-гозеиз и Сілвгеиа СЬгото^елвв , іішірстив, начальний этап является небдагодриданда.

Внесение в дерново-подзолистуа почву извести в дозах 1-3 г.к. создает для всех перечисленных видов благоприятные условия на промежуточном и позднем этапах сукцессии (15-30 сутки). Полученные данные могут бщь использованы для оптимизации процедуры выделения заданной таксономической группировки актккомицетов из дерново-подзолистой почвы.

6. Модифицирован для актиноыицетов метод инициированного микробного сообщества. Метод предлагается для выделения актино-мицетов рода зітгерігапусеа из почвы и для оценки влияния различных антропогенных факторов на микробную систему почвы.

7. Применение модифициро ванно го метода инициіфованного микробного сообщества позволило составить шкалу, регистрирумиую действие возрастающих доз азотного удобрения и извести на состояние кикробжл системы ДерНОБО-ШДЭОДИСТОЙ почвы к установить условия сохранения микробной системой гомеостазе.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Д.Г.Звягинцев, Г.М.Зенова, Л.Е.Сорокина. Сравнительная характеристика комплексов почвенных актиномицетов лесного и агро-ценоэа // Вестник МГУ, сер. почвоведение, 1987, № 4, с,20-23.

2. Л.Е.Сорокина, Г.М.Зенова, Д.Г,Звягинцев, Н.З.Гомонова,

Влияние длительного применения минеральных удобрений, извести и навоза,на-структуру комплекса актиномицетов д^рново-подэолистой почвы //-Вестник МГУ, сер.почваведение (в печати).

3. Л.Е.Сорокина, П.А.Кожевин, Г.М.Зенова. Сукцессионные изменения таксономического состава актиномицетов дерново-подзолистой почвы.//Микробиология {в печати).

4. Л.Е.Сорокина, Г.М.Зенова, Д.Г.Звягинцев. Влияние возрастающих доз азотного удобрения и извести на структуру инициированного хитином комплекса актиномицетов дерново-подзолистой ¡почвы*// Микробиология {в, печати).

5. Тезисы: Л.Е.Сорокина, Г.М.Зенова. Устойчивость инициированного хит ином.комплекса актиномицетов дерново-подзолистой почвы к действию возрастающих доз азотного,удобрения и извести-// Проблемы устойчивости биологических систем. 1990.

9

Л-11174 от 23.07,90г. Формат изд. 60x84 1/16 Объем 1,75п.л. Зак.125/У Тир.100

ШТПечатник" Мосгорпечать. II, Краснохолмская д.5