Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Целлюлозолитические грибы в городских почвах

ВАК РФ 03.02.03, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Целлюлозолитические грибы в городских почвах"

//а правах рукописи

Николаева Валерия Валериевна

ЦЕЛЛЮЛОЗОЛИТИЧЕСКИЕ ГРИБЫ В ГОРОДСКИХ ПОЧВАХ

Специальность 03.02.03. - микробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

11 НОЯ 2015

Москва - 2015

005564481

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова».

Научный руководитель:

Марфеннма Ольга Евгеньевна, доктор биологических наук, профессор кафедры биологии почв факультета почвоведения ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Официальные оппоненты:

Садыкова Вера Сергеевна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории химического изучения биологически активных соединений микробного происхождения ФГБНУ Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе Российской академии медицинских наук Иванушкина Наталия Евгеньевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории мицелиальных грибов отдела « Всероссийская коллекция микроорганизмов» ФГБНУ Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук

Ведущая организация:

Федеральное государственное учреждение науки Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук

Защита состоится « »_2015 года в 15 часов 30 минут в аудитории

М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.002.13 при ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы. МГУ, д. 1, стр. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения. С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова» и на сайтах http://soil.msu.ru/uchenvj-sovet, http://istina.msu.ru/

Автореферат разослан « »_2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.б.н.

Костина Наталья Викторовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования

В современном мире около 3% поверхности суши занимают города, в которых проживает более 50 % мирового населения (The World bank, 2013). До 2030 года ожидается увеличение площади городских земель до 1,2 млн. км2, что в 3 раза больше, чем в начале 2000-х годов (Setoa et al., 2012). Урбанизация приводит к трансформации природных экосистем (McDonald et al., 2013). Поэтому в настоящее время в биосфере существенно возрастает роль почв, сформированных деятельностью человека.

Особенности формирования и функционирования городских почв в значительной степени обусловлены современными приемами городского хозяйства: замещением естественных растительных сообществ на искусственные посадки древесных пород и газонных травяных смесей, регулярным изъятием растительного опада в соответствии с правилами содержания газонов и санитарными требованиями. Согласно нормативным документам в г. Москве полагается собирать и вывозить за пределы города листовой опад (СанПиН 42-128-4690-88; Постановление... № 743-ПП, 2002). Такие преобразования на урбанизированных территориях могут приводить к истощению органического вещества почв, элиминации значительной части биоты подстилочного и почвенного ярусов, нарушению механизмов и скоростей трансформации растительных остатков (Артамонова, 2002; Марфенина, 2005; Лысак, 2010; Смагин, 2010; Douglas et al. 2011). Внедряемые в последние годы технологии подсыпок рекультивационных смесей для обогащения углеродом городских почв не всегда эффективны, так как смеси могут минерализоваться в течение 3-4 лет (Иванников, 2011).

Поэтому важным представляется изучение почвенных грибов, как одних из основных деструкторов органических веществ в наземных экосистемах (Мирчинк, 1988; Carlile et al., 2001). Процессы разложения растительных (целлюлозо- и лигнинсодержащих) субстратов грибами изучены подробно в условиях природных биогеоценозов (Частухин, Николаевская, 1969; Rayner,

ВосШу, 1988; СЫ§теуа е! а!., 2009; Рахлеева и др., 2011). Однако до сих пор нет сведений об особенностях функционирования микобиоты при разложении целлюлозы, как самого распространенного органического субстрата, в антропогенно-преобразованных почвах городских экосистем.

Целью работы был анализ путей формирования и особенностей функционирования сообществ целлюлозолитических грибов в городских почвах при изъятии и сохранении естественного растительного (листового) опада и при использовании антропогенных рекультивационных смесей на примере почв г. Москвы.

Задачи исследования:

1. Сравнительный анализ биологической активности (ферментативной, дыхания) целлюлозолитического грибного пула и состава культивируемых грибов в урбаноземе при изъятии листового растительного опада и его сохранении;

2. Характеристика особенностей сукцессии микроскопических грибов при разложении листового опада в урбаноземе по сравнению с фоновой почвой;

3. Анализ влияния рекультивационных смесей на изменение ферментативной активности и сукцессии сообществ грибов, развивающихся на целлюлозе, в антропогенно-преобразованных городских почвах (техноземе, урбаноземе);

4. Прогноз разных сценариев формирования сообществ целлюлозолитических грибов в городских почвах при поступлении и отсутствии поступления в них естественных (растительного опада) и антропогенных (рекультивационных смесей) целлюлозосодержащих субстратов.

Научная новизна

Впервые в условиях городской среды проведено исследование сукцессий почвенных микроскопических грибов в ходе разложения листового опада и проанализировано изменение видового состава и биологической активности грибного сообщества городских почв в ходе деструкции. Показано, что в городских почвах пул целлюлозолитических грибов угнетен, при поступлении опада происходит его активация и увеличение видового разнообразия, но лишь на период разложения опада.

Впервые охарактеризованы сообщества целлюлозолитических грибов рекультивационных смесей и их изменение при внесении смесей в верхние горизонты городских почв. Установлено, что при нанесении рекультивационных смесей с ними в городские почвы интродуцируются отличные от нативных сообществ микромицеты, которые, однако, могут относительно быстро (от года) замещаться грибным сообществом этих городских почв.

Практическая значимость

Проведенное исследование имеет значение для понимания функционирования пула целлюлозолитических грибов в антропогенно-преобразованных городских почвах при современных приемах хозяйствования -изъятии растительного опада и применении искусственных органо-минеральных смесей. Полученные данные о видовом составе, скоростях изменения сообществ микромицетов, биологической активности городских почв могут быть использованы для оптимизации создания зеленых насаждений, рекультивации деградированных почв городских территорий. По результатам многолетних модельных экспериментов показано, что не поступление в почву естественного субстрата листового опада, в результате его уборки и вывоза приводит к обеднению пула целлюлозолитических микроскопических грибов в почвах урбоэкосистем. Наоборот, регулярное внесение, прикопка растительных остатков может оказать существенный положительный эффект для поддержания пула почвенных грибов. Показана целесообразность микологического мониторинга рекультивационных смесей, поскольку при их внесении в городских почвах могут накапливаться условно-патогенные для человека виды, например, Б1асИуЬо1гуз сИагШгит.

Апробация работы

Результаты научной работы были представлены на всероссийских и международных конференциях: XIV, XV Докучаевские молодежные чтения (Санкт-Петербург, 2011, 2012), XVIII, XIX Международные конференции студентов и аспирантов «Ломоносов» (Москва, 2011, 2012), Всероссийский симпозиум «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии» (Москва, 2011), Школа молодых ученых по

5

экологической физиологии растений (Москва, 2011), 3 Съезд Микологов России (Москва, 2012), VI съезд общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Петрозаводск, 2012), Международная конференция «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» (Москва, 2013), 3 Международный Микологический Форум (Москва, 2015).

Публикации

По результатам исследования опубликовано 12 печатных работ, из них 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Объем и структура работы

Диссертация включает введение, обзор литературы, описание объектов и методов исследования, изложение результатов экспериментов и их обсуждение, выводы, список литературы и приложение. Работа изложена на 160 страницах текста, иллюстрирована 30 рисунками, содержит 16 таблиц. Список литературы представлен 235 наименованиями, из них 86 зарубежные.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.б.н. Марфениной O.E., особую благодарность к.б.н. Ивановой А.Е. за помощь в работе и организации исследования, обсуждении полученных результатов. Автор благодарит: к.б.н. Костину Н.В., д.б.н. Степанова A.JL, д.б.н. Манучарову Н.А, Семенова М.В., к.б.н. Рахлееву A.A., к.б.н. Кирюшина A.B. и ст. инж. Лаврентьеву В.А. за помощь в освоении методов, использованных в работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Объекты и методы исследования

Работы проводили на территории г. Москвы (СЗАО, ЗАО). Исследовали (Табл.1) верхние горизонты антропогенно-преобразованных почв урбаноземов, техноземов-реплантоземов, фоновых дерново-подзолистых почв и искусственные рекультивационные смеси.

Модельный эксперимент с внесением в городские почвы естественного органического субстрата — листового опада — проводили с XI.2009 г. по Х1.2012г. посезонно (Табл. 1, 2). Исследование осуществляли методом 6

изоляции опада (по 1 г сухого веса) в капроновых мешочках 10*10 см с диаметром пор 2,0 мм и 0,1 мм для исключения участия мезофауны (Стриганова, 1975; Verhoef, 1995 и др.). Использовали опад липы (Tilia cordata Mill.) как преобладающей культуры при озеленении в г. Москве (Мозолевская, Соколова, 1996). Исследовали образцы разлагающегося опада, почвенные образцы из контактного, прилегающего к опаду слоя (0,5 см) и из самих почв.

Модельный эксперимент по нанесению на поверхность городских почв антропогенного органического субстрата - рекультивационных смесей -осуществляли посезонно с VII.2012 г. по IX.2013 г. (Табл. 1, 2). Использовали сертифицированный (№ 0137 по протоколу № 543.0511 от 3.06.2011 г.) почвогрунт со следующими свойствами: супесь, содержание гумуса 18,8%, рНКс1=6,6. Закладывали экспериментальные площадки (1 кв. м) по правилам рекультивации г.Москвы (Постановление... №743-ПП, 2002). Для оценки трансформации грибных сообществ при конструировании почвенного покрова, нарушенного строительством, в IX.2013 г. провели исследование на трансекте, заложенной от технозема-реплантозема, сформированного вокруг 2-х-летнего дома, к урбанозему окружающего жилого квартала.

Содержание органического вещества определяли колориметрически по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91); рН водной вытяжки - потенциометрически (ГОСТ 26423-85). Концентрации тяжелых металлов (Cu, Ni, Zn) определяли на атомно-адсорбционном спектрометре (М-МВИ-80-2008), загрязнения выше ПДК во всех образцах не обнаружено (ГН 2.1.7.2041-06).

Оценивали эмиссию СОг из образцов почв при увлажнении и субстрат-индуцированную (СИД) при внесении целлюлозы (Hanson et al., 2008). Для оценки вклада бактериальной и грибной частей микробного пула почв использовали антибиотики (Ананьева и др., 2009). Реакцию целлюлозолитического пула в почвах на внесение субстрата оценивали по величине отклика, который рассчитывали как отношение уровней СИД с целлюлозой к уровням базального дыхания. Активность почвенных ферментов целлюлазы и уреазы определяли колориметрически (Методы..., 1991).

Таблица 1. Краткая характеристика объектов

Почва Горизонт Растительность Наличие подстилки Рекреационная нагрузка

Внесен Урбанозем Дерново-подзолистая ие естест и А венного органического субстрата—листового опада (район Тушино, Липа мелколистная, береза повислая, рябина обыкновенная, клен остролистный. Травяной покров несомкнут: подорожник большой, клевер красный, лапчатка гусиная, пырей ползучий Сосна обыкновенная, дуб черешчатый, береза повислая. Травяной покров: гравилат речной, ползучка живучая, крапива двудомная, лютик едкий и пр. С ЗАО, г. Л + Ъсква) сильная слабая

Внесение аш Технозем-реплантозем Технозем-реплантозем Урбанозем Дерново-подзолистая пропогенн КАТ ЛАТ и А ого органического субстрата — рекультивационных смесей (район Р при поверхностном нанесении Злаковая газонная смесь (мятлик луговой, овсяница красная, редко одуванчик лекарственный) Злаковая газонная смесь, посадки саженцев рябины, рядом посадки липы остролистной 15-летнего возраста Береза повислая, липа мелколистная, рябина обыкновенная. Травяной покров не сомкнут: подорожник большой, пырей ползучий, одуванчик лекарственный Дуб черешчатый, липа мелколистная, лещина обыкновенная. Травяной покров: сныть обыкновенная, осока волосистая, гусиный лук шенки, ЗА + + 0, г. Москва) средняя средняя сильная слабая

Технозем-реплантозем Урбанозем ЯАТ и при восстановлении почвенного слоя, нарушенного строительством Злаковая газонная смесь (мятлик луговой, овсяница красная) Клен остролистный, липа мелколистная. Травяной покров: одуванчик лекарственный, подорожник большой, пырей ползучий л сильная сильная

Внесение листового опада Внесение рекультивационных смесей

срок, месяцев год время отбора срок, месяцев год время отбора

0 2009 конец осени 0 июль

5 начало весны 2 2012 сентябрь

7 2010 начало лета 4 ноябрь

10 начало осени 7 февраль

12 конец осени 9 2013 апрель

17 начало весны 11 июнь

19 2011 начало лета 14 сентябрь

22 начало осени

Выделение микроскопических грибов из почв проводили методом посева из разведения 1:100 на среду Чапека; сукцессии грибов на разлагающемся опаде анализировали методом отпечатков; выделение грибов из рекультивационных смесей осуществляли методом обрастания целлюлозных приманок с последующим их размещением на среде Гетчинсона без целлюлозы (Методы..., 1991). Статистическую обработку данных осуществляли с использованием пакетов Microsoft EXCEL, Statistica 8,0.

Влияние сохранения естественного органического субстрата — листового опада — на микобиоту городских почв Разложение опада липы в урбаноземе и дерново-подзолистой почве

В урбаноземе деструкция опада липы протекала медленнее в 1,5-1,9 раза, чем в дерново-подзолистой почве (Рис. 1). Присутствие мезофауны ускоряло разложение опада в обеих почвах. В варианте с участием мезофауны около 90% массы в фоновой почве разложилось чуть более чем за 1 год, в урбаноземе позже — за 1,5 года. В варианте без мезофауны в фоновой почве за 1,5 года разложилось около 70%, в урбаноземе - за 2 года всего 60% исходной массы.

При участии мезофауны скорость деструкции опада в фоновой почве постепенно возрастала и была максимальна осенью. Но в урбаноземе скорость была постоянна в течение всего вегетационного периода, в итоге осенью разложение опада происходило в 2 раза медленнее, чем в фоновой почве. Это, возможно, связано с низкой численностью мезофауны в почвах урбоэкосистем (Battigelli et al., 2004; Рахлеева, Прокофьева, 2008).

Изменение почвенной целлюлазной активности при разложении опада

Уровни целлюлазной активности в урбаноземе в целом соответствовали таковой в зональной почве с весны до начала осени года исследования (Рис. 2). Однако осенью в урбаноземе регистрировали резкое увеличение целлюлазной активности, что, вероятно, связано с поступлением листового опада непосредственно на поверхность почвы. Тогда как в гумусовом горизонте дерново-подзолистой почвы такого резкого возрастания не наблюдали, возможно, из-за поступления нового опада не на почву, а на подстилку.

Разложение опада способствовало возрастанию целлюлазной активности в обеих почвах. В контактном (прилегающем к опаду слое почвы) в 1-ый год деструкции регистрировали ее увеличение в 2-3 раза (Рис. 2), при этом в урбаноземе оно было менее выражено, чем в фоновой почве. Однако во 2-ой год целлюлазная активность контактного слоя соответствовала почвенной, что, вероятно, обусловлено разложением большей части опада.

Изменение эмиссии С02 при разложении опада

Внесение целлюлозы приводило к увеличению общей эмиссии С02 в обеих почвах, однако это увеличение в урбаноземе было в 1,5-2 раза ниже, чем в

дерново-подзолистой почве. Уровни СИД грибной составляющей в урбаноземе были в 1,5-3 раза ниже, чем в фоновой почве, что регистрировали на

протяжении всех 3-х лет исследований. В обеих почвах сезонная динамика СИД грибной компоненты повторяла сезонные

изменения общего

микробного СИД.

-в-дп«и) —•—дп(2.о) -а» У(0.1) -о- у(2.о) Рис. 1 Убыль массы (%) при деструкции опада липы в

фоновой дерново-подзолистой почве (ДП) и в урбаноземе (У), в вариантах с участием (2.0) и без участия мезофауны (0.1). Обозначения по оси х: срок экспозиции в месяцах (см. Табл.2).

Отличие в функционировании целлюлозолитического грибного пула урбанозема от фоновой почвы наглядно демонстрирует слабовыраженный отклик грибного пула на внесение целлюлозы за исключением увеличения СИД относительно базального (в 2,5 раза) осенью (Рис. 3), что может быть связано с поступлением опада. В дерново-подзолистой почве величина отклика была выше, чем в урбаноземе (кроме 2011г.), но динамика могла варьировать в разные годы. Возрастание эмиссии СОг в ответ на внесение целлюлозы в урбаноземе было в 0,5-2,5 раза меньше, чем в фоновой почве (Рис. 3). Такое снижение отклика можно рассматривать как свидетельство деградации целлюлозолитического грибного пула в урбаноземе.

При разложении опада в почве может происходить активация целлюлозолитического пула почвенных микроорганизмов. В урбаноземе в контактном с опадом почвенном слое по сравнению с контрольной почвой во 2-ой год деструкции отмечали возрастание СИД микробного пула в 2-3 раза, и в

конец начало начало начало конец начало начало начало начало начало начало конец осени еесны летз осени осени весны лета осени весны лета осени осени

□ ДП (почва) •*□•• ДП (контактный слой)

О У (почва) ..©■■ у (контактный слон)

Рис. 2 Изменение почвенной целлюлазной активности в дерново-подзолистой почве (ДП) и в урбаноземе (У) в разные сезоны исследования (см. Табл.2) - в самих почвах (почва) и в контактном с разлагающимся опадом слое (контактный слой).

—в—ДП (почва) • ■ ■■ • ДП (контактный слой 0.1) —т - ДП (контактный слой 2.0) о У (контроль) • У (контактный слон 0.1) ——У (контактный слой 2.0)

Рис. 3 Величина отклика (по вертикальной оси) грибной составляющей микробного пула на внесение целлюлозы: 1. в дерново-подзолистой почве (ДП) 2. в урбаноземе (У) в разные сезоны исследования (см. Табл.2). Представлены значения: (почва) - в самих почвах, (контактный слой) - в контактном с разлагающимся опадом слое в вариантах с участием (2.0)

и без участия мезофауны (0.1).

том числе грибного - в 1,5-2 раза (Рис. 3). Это свидетельствует о накоплении в прилегающем к растительным остаткам почвенном слое микробного пула, утилизирующего целлюлозу, для активации которого необходимо определенное

Таблица 3. Вклад грибной и бактериальной составляющих (%) в общее базальное и субстрат-индуцированное целлюлозой дыхание (интервал значений за 2009-2012 гг.).

Базальное дыхание СИД с целлюлозой

Почва Сезон грибы бактерии грибы бактерии

Начало весны 68-81 19-32 66-81 19-34

Начало лета 70-74 26-30 71-80 20-28

Дерново- Начало осени 71-78 19-24 67-82 18-33

подзолистая Конец осени 65-80 20-35 67-70 30-33

Начало весны 58-85 15-42 55-84 16-45

Урбанозем Начало лета 60-75 25-40 54-75 25-46

Начало осени 64-77 25-34 60-83 27-40

Конец осени 68-77 23-32 52-81 19-48

время. К концу разложения опада это влияние нивелировалось.

Больший вклад в базальное дыхание и СИД в урбаноземе, как и в фоновой дерново-подзолистой почве, вносит грибная компонента пула (Табл. 3). В урбаноземе участие грибного пула в базальном дыхании могло быть меньше по сравнению с фоновой почвой. Вклад грибов в урбаноземе в СИД мог сокращаться и в отдельные сезоны даже был сопоставим с вкладом бактерий.

Характеристика сезонных изменений сообществ микроскопических грибов верхних горизонтов урбанозема и фоновой дерново-подзолистой почвы

По сравнению с фоновой почвой в урбаноземе сообщества культивируемых микроскопических грибов в каждый срок исследования характеризовались меньшей численностью КОЕ, пониженным видовым разнообразием и большей долей доминирующих видов.

Установлено (Рис. 4), что в урбаноземе грибное сообщество менее подвержено сезонным изменениям, тогда как для дерново-подзолистой почвы типичны существенные изменения видовой структуры грибных сообществ в разные сезоны. В урбаноземе выявлено доминирование

потенциально патогенного вида Aspergillusfumigatus жарким летом и в начале осени 2010 г.

Сукцессии сообщества микроскопических грибов при разложении опада липы в урбаноземе и дерново-подзолистой почве

Сукцессии грибов на опаде, внесенном в урбанозем, в вариантах с и без участия мезофауны были сходны по основному составу доминирующих видов, их сукцессионной смене с таковыми в дерново-подзолистой почве и соответствовали описанным в них ранее (Ljungdahl, Eriksson, 1985; Семенова, 2002; Osono, 2003 и

13

/' ¡1' .- __7

11

О 7. \

,/••'' '. 17 / 4 ° 5 О о-,. \

/ 17

о 12 16

/ "l9 ■'■■-.. rf"

J Я ■ .

22

Я

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 *1 0 1 2 3 4 5 б 7 8 Г.х'^ 1 14 60%

- ■ ДП ......... о У

Рис. 4 Анализ изменения грибных

сообществ (метод главных компонент, по

показателю обилия видов) в урбаноземе (У)

и дерново-подзолистой почве (ДП) в разные

сроки исследования (см. Табл. 2).

др.). В 1-ый год разложения доминировали темноокрашенные грибы, обычные представители эпифитов на опаде - Alternaría alternaía, Cladosporium cladosporioides, Papulaspora immersa, как частые и мало обильные - Aureobasidium pullulans, Humicola grísea, Mucor hiemalis, представители рода Trichoderma. Во 2-ой год разложения в обеих почвах обилие эпифитных видов сокращалось, но возрастало присутствие зигомицетов (Cunninghamella echinulata и пр.) и типичных почвенных грибов (представителей рода Penicillium и пр.).

Однако в урбаноземе смена состава видов в ходе сукцессии происходила более резко: на промежуточных этапах появление доминирующих видов отличалось обильным развитием и могло происходить раньше или позже, чем в фоновой почве, к концу деструкции смена состава происходила с запаздыванием.

Участие мезофауны в деструкции способствовало снижению общей численности КОЕ грибов на опаде в урбаноземе и в фоновой почве. В урбаноземе влияние мезофауны проявилось в более длительном присутствии видов, доминирующих на поздних этапах сукцессии, и сокращении суммарного богатства видов за сукцессию, тогда как фоновой почве, наоборот, в присутствии мезофауны разнообразие увеличивалось. В присутствии мезофауны в почвах к концу сукцессии на опаде снижалось обилие зигомицетов.

Влияние микобиоты с поверхности опада на формирование грибных сообществ в урбаноземе и дерново-подзолистой почве

При разложении опада в контактном почвенном слое выявлено возрастание видового разнообразия микроскопических грибов в обеих почвах. На первых этапах разложения в контактном с субстратом слое развивались виды, типичные для свежего опада: Al. altérnala, С. cladosporioides, Aur. pullulans, P. immerse, H. grísea, Т. virens. Во 2-ой год в контактном слое развивались виды с разлагающегося опада — Т. virens, М. hiemalis, Сип. echinulata, P. waksmanii, С. herbarum, но редкие и случайные виды, сохранявшиеся в фоновой почве, в урбаноземе элиминировались. К концу деструкции возрастало сходство сообществ контактного слоя с сообществом каждой из почв. Сукцессионные смены видов в контактном с опадом слое в урбаноземе, как и на опаде,

происходили резче, тогда как в фоновой почве в контактном слое присутствие видов изменялось постепенно на протяжении нескольких сроков.

Выявлены принципиальные отличия в формировании почвенного грибного сообщества при разложении опада в урбаноземе и в фоновой дерново-подзолистой почве (Рис. 5). В фоновой почве грибные сообщества на опаде и в контактном с ним почвенном слое, в целом, входили в состав естественного почвенного пула грибов, что отмечено в обоих вариантах с участием мезофауны и без (Рис. 5.1, 5.2.).

В урбаноземе при разложении опада формировалась специфическая экониша, на опаде развивалось грибное сообщество, отличное от обычной микобиоты городских почв, что четко выражено в варианте без мезофауны и менее - в присутствии мезофауны (Рис. 5.2, 5.4). Влияние внесения опада на

-в -4 -2 0 2 4 Расю(1 13.10% ----------- О Квмпкткы! с.юй

6 8 10

Рис. 5 Анализ изменения сообществ микроскопических грибов (метод главных компонент, по показателям обилия видов) в разные сроки исследования (см. Табл. 2.) в дерново-подзолистой почве (1. вариант без участия мезофауны, 2. с участием мезофауны) и в урбаноземе (3. вариант без участия мезофауны 4. с участием мезофауны).

почвенное грибное сообщество урбанозема проявилось на промежуточных этапах сукцессии: в эти сроки в контактном слое было зарегистрировано развитие видов зональной микобиоты, не встреченных ни на опаде, ни в контрольных участках, например, видов РвегиЗорутпоаБы« раппогит, Т. копт^я, М. heterogamus. Вероятно, присутствие опада оказало затравочный эффект для активации грибного пула городской почвы, сохраняющегося в неактивном покоящемся состоянии (Звягинцев и др., 1992). Однако к концу разложения опада почва контактного слоя по составу микобиоты снова становилась «типичной городской почвой».

Влияние использования антропогенных органических субстратов -рекультивационных смесей на микобиоту городских почв Изменение содержания гумуса, кислотности и ферментативной активности городских почв при использовании рекультивационных смесей

При поверхностном нанесении рекультивационных смесей на городские почвы малой площадью (1*1 м2) уже через 4-9 месяцев регистрировали подщелачивание и снижение исходно высоких показателей содержания гумуса и целлюлазной активности в нанесенных рекультивационных слоях (НРС) почти до уровней самих городских почв (Табл.4).

При использовании рекультивационных смесей на больших площадях, для восстановления вокруг новостроек почвенного слоя, нарушенного строительством, высокое содержание гумуса, целлюлазной и уреазной активности и нейтральные значения рН могут регистрироваться и в техноземе 2-х-летнего возраста (Табл. 5). Резкое уменьшение содержания гумуса и целлюлазной активности (в 2-2,5 раза) маркировало границу технозема-реплантозема при переходе к урбанозему.

Особенности сезонных изменений сообществ микроскопических грибов, развивающихся на целлюлозе, в городских и фоновой почвах

В городских почвах выявлено уменьшение разнообразия грибов, развивающихся на целлюлозе, в ряду почв: дерново-подзолистая — урбанозем — технозем, как на отдельных этапах эксперимента, так и суммарно за 1,5 года.

Выраженной сезонной смены состава и структуры целлюлозолитических грибных сообществ в антропогенно-преобразованных почвах не отмечалось 16

(Рис. 6), в разные сезоны состав видов грибов оставался сходным. В урбаноземе в составе грибных сообществ на целлюлозе в отдельные сезоны доминировали Moríierella polycephala, Clonostachys rosea, S. hartarum, Лиг. pullulons,

Сип. echinulata. В техноземах в течение года всегда значительную долю составляли зигомицеты родов Cunninghamella, Miicor, Moríierella и вид Arthroboírys olygospora. В вариантах без и с подстилкой структура грибных сообществ была в целом схожей. Состав доминирующих и типичных видов целлюлозолитических грибов в городских почвах отличался от фоновой дерново-подзолистой почвы, где регулярно и обильно выделялись виды Acremonium charticola, Gliocladium microsporum, H. grísea, S. chartarum, постоянно, но с низким обилием виды рода Fusarium и Gliomastix murorum.

Сукцессии грибов, развивающихся на целлюлозе, в нанесенном рекультнвационном слое (НРС) в городских почвах

С рекультивационной смесью в городские почвы поступало мало разнообразное и иное по составу сообщество целлюлозолитических грибов, где преобладали представители рода Chaetomium (С. bostrychodes, С. cochlioides, С. globosum, С. murorum). Состав интродуцируемого сообщества сохранялся лишь первые месяцы после нанесения (Рис. 7). Спустя 4 месяца регистрировали их изменение и появление видов, характерных для городских почв: в урбаноземе -CI. rosea, в техноземе без подстилки - Лег. charticola, S. chartarum и грибы рода Pénicillium, в техноземе с подстилкой — Al. altérnala. Mort, polycephala и светлоокрашенный стерильный мицелий. В итоге, менее чем через год во всех НРС

Fació- 1.13 £24

- о ДП ---о У

----1 ТЕХ б/п .........• ТЕХс/п

Рис. 6 Анализ изменения сообществ грибов,

развивающихся на целлюлозе, (метод многомерного шкалирования, по показателям частоты встречаемости видов) в дерново-подзолистой почве (ДП), урбаноземе (У), техноземе без подстилки (ТЕХ б/п) и с подстилкой (ТЕХ с/п) в разные сроки исследования (см. Табл. 2).

грибы рода СИаМоттт элиминировались и происходило их замещение грибным сообществом окружающих городских почв.

Почвенные объекты техноземы, сконструированные с использованием рекультивационных смесей, при точечном строительстве новых жилых домов

Таблица 4. Изменение химико-биологических показателей в городских почвах и НРС в

разные сроки исследования (см. Табл.2)

Срок, месяцев 0 2 4 7 9 11 14

Содержание гумуса, %

Дерново-подзолистая 4.02 - 5.45 - - 3.18 4.08

Урбанозем 2.73 - 1.56 - - 2.13 2.24

Технозем б/п 8.88 - 5.06 - - 6.63 6.53

Технозем с/п 7.85 - 4.61 - - 5.27 5.42

НРС (Урбанозем) 7.02 - 5.38 - - 5.81 4.83

НРС (Технозем б/п) 7.02 - 5.85 - - 6.64 6.86

НРС (Технозем с/п) 7.02 - 5.14 - - 6.80 6.16

рН

Дерново-подзолистая 5.3 4.9 4.8 4.7 5.3 5.5 4.9

Урбанозем 7.3 7.3 7.2 7.1 7.6 7.2 7.3

Технозем б/п 7.7 7.3 7.1 7.2 8.5 7.6 7.3

Технозем с/п 7.7 7.7 7.6 7.5 7.7 7.8 7.5

НРС (Урбанозем) 7.1 6.8 6.9 6.8 6.8 7.6 7.0

НРС (Технозем б/п) 6.9 7.1 7.1 7.0 7.4 7.7 7.2

НРС (Технозем с/п) 6.8 7.0 7.3 7.1 7.7 7.6 7.4

Целлюлазная активность, мкг (глюкозы)/Ю г за 72 часа

Дерново-подзолистая 5.1 2.6 4.0 4.8 10.0 13.0 20.5

Урбанозем 0.5 3.8 6.4 21.9 13.3 10.8 18.6

Технозем б/п 4.0 8.6 0.4 29.3 11.4 14.7 19.9

Технозем с/п 5.9 6.7 1.3 16.9 7.3 13.9 17.7

НРС (Урбанозем) 11.6 7.0 5.2 20.2 10.3 11.4 20.5

НРС (Технозем б/п) 11.2 8.9 0.9 18.8 13.3 13.6 19.1

НРС (Технозем с/п) 10.8 7.1 0.5 19.1 10.6 12.8 19.7

Уреазная активность, мг (1УН3)/10 г за 24 часа

Дерново-подзолистая 205 234 106 114 130 198 45

Урбанозем 112 277 98 170 192 287 117

Технозем б/п 83 85 59 86 244 280 94

Технозем с/п 74 136 98 107 230 242 54

НРС (Урбанозем) 63 156 110 74 258 303 122

НРС (Технозем б/п) 63 86 78 61 253 248 107

НРС (Технозем с/п) 63 98 71 75 251 244 105

*б/п - без подстилки, с/п - с подстилкой

Таблица 5. Изменение химико-биологических показателей и структура*(по обилию, %)

сообществ грибов, развивающихся на целлюлозе, в трансекте технозем - урбанозем.

Технозем У1 )банозем

Расстояние от новостройки, м 3 9 16 22 28 37 45 52 60

Химико-биологи ческие показатели

Содержание гумуса, % 9,58 11,14 10,76 4,77 3,72 4,07 3,77 3,14 2,61

рн 7,0 7,0 6,9 6,9 7,2 8,1 7,9 7,3 8,3

Целлюлазная активность, 28,2 26,5 24,1 15,0 17,5 15,5 18,6 17,5 19,9

мкг (глюкозы)/10 г за 72 часа

Уреазная активность, 81 114 106 64 84 54 57 106 79

мгЫНз/Юг за 24 ч

Грибы, развивающиеся па целлюлозе

Fusariiim роае 3

Absidia repens 1 5

Gliomastix murorum 2

Mucor hiemalis 1 3

Pénicillium brevicompactum 3 3 3 4

Mortierella polycephala 5 28

Alternarla altérnala 16 8 32 16 26

Stachvbotrvs chartarum 25 25 5 6 4 б 8 8 9

Arthrobotrys oligospora 1 б 7 1 2 10 9 4 4

Aureobasidium pullulans 26 13 28 5 15 8 4 9 11

Humicola srisea 19 10 14 24 16 10 5 4 11

Absidia cylindrospora 3 1 13 4 1 1 1

Clonostachys rosea 2 7 7 2 2 15

Cunninghamella echinata 16 24 34 20 14 18

Haematonectria haematococca 8 7 9 5 19 10

Pénicillium commune 4 2 5 4 4

Pénicillium chrysogenum 4 3 15 8

Pénicillium aurantiogriseum 3 8 10 3

Gliocladium radicicola 8 13 1

Papulaspora immersa 1 8 17

Gliocladium microsporum 8

Стерильный светлый мицелий 3 5

Количество видов 11 9 1 11 9 11 14 13 12

Индекс разнообразия 2,2 2,0 1,8 2,2 2,1 2,2 2,5 2,4 2,4

Шеннона, Н'

* Полужирным шрифтом выделены доминирующие виды с частотой встречаемости > 60%; Курсивом — типичные виды с частотой встречаемости 30-60%; Обычным шрифтом — редкие виды с частотой встречаемости <30%. Подчеркиванием отмечены темноокрашенные виды.

УО У 2 У 4 У 14 НРС (У) 14 НРС (У) 4 НРС(У)9 У 9 У 11 НРС(У) 11 НРС (У) О НРС (У) 2

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

(П'пк.'Ота/рМ

Рис. 7 Сравнение сообществ грибов, развивающихся на целлюлозе, (кластерный анализ по показателю обилия видов) в нанесенных рекультивационных слоях (НРС) в разные сроки исследования (см. Табл.2) с грибными сообществами урбанозема (У) и технозема (Т).

встраивают в почвы существующих жилых кварталов. Это должно определять различие в составе грибных сообществ на смежных почвенных участках. Действительно, при исследовании целлюлозолитических грибных сообществ на трансекте по мере удаления от технозема вокруг нового дома (Табл. 1) к урбанозему окружающей территории показаны значительные отличия грибных сообществ в крайних участках. В 2-х летнем техноземе (3-16 м от новостройки) более 70 % по обилию было представлено темноокрашенными митоспоровыми грибами, среди которых 25% сообщества составлял вид 5. сИаМагит, известный как потенциально опасный для человека (Марфенина, Фомичева, 2007), а остальная часть - зигомицетами (Табл. 5). В урбаноземе (52-60 м от новостройки) доля темноокрашенных грибов была в 2 раза меньше, состав доминантов отличался. За пределами границы технозема с урбаноземом, установленной по изменению почвенных свойств, в составе сообществ урбанозема выявлено наличие видов грибов, характерных для технозема (Табл. 5). Это можно рассматривать как возможную интродукцию целлюлозолитического грибного сообщества из технозема в микобиоту окружающего урбанозема.

Таким образом, в городских почвах сохранение естественного опада может приводить к развитию в почвах естественных сообществ целлюлозолитических грибов, а внесение искусственных субстратов - рекультивационных смесей — развитию иных сообществ с интродуцированными видами, в том числе, 20

потенциально патогенных для человека. Выявленные положительные эффекты при только однократных внесениях естественных (опада) и антропогенных (рекультивационных смесей) органических субстратов временны.

ВЫВОДЫ

1. Целлюлозолитические грибные сообщества городских почв (урбаноземов, техноземов) характеризуются слабо выраженными сезонными изменениями видового состава и его низким разнообразием.

2. Разложение растительного опада в урбаноземе происходит медленнее, чем в фоновой дерново-подзолистой почве. Особенностями грибной сукцессии при деструкции опада в урбаноземе является изменение сроков развития и резкая смена доминирующих видов микроскопических грибов, их более низкое видовое разнообразие, как общее, так и на отдельных этапах деструкции.

3. Дыхательная активность целлюлозолитического микробного пула, в том числе грибного, в урбаноземе понижена по сравнению с фоновой дерново-подзолистой почвой.

4. Прикопка растительного опада приводит к активации ферментативной и дыхательной активности почвенных микроорганизмов, увеличению разнообразия микроскопических грибов и развитию их зональных сообществ в урбаноземе, но этот эффект наблюдается только в период разложения растительных остатков.

5. При нанесении рекультивационных смесей на городские почвы в первые месяцы происходит увеличение содержания гумуса, ферментативной целлюлазной активности и разнообразия грибов, развивающихся на целлюлозе. Состав поступающих со смесями грибных сообществ не типичен для городской микобиоты и может включать виды, потенциально опасные для человека.

6. При длительном (более 1 года) экспонировании рекультивационных смесей на поверхности городских почв в них может происходить снижение содержания гумуса и целлюлазной активности до уровней исходных городских почв, а также замещение поступивших с рекультивационными смесями грибных сообществ типичной городской микобиотой.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванова А.Е., Николаева В.В., Марфенина О.Е. Изменение целлю-лозолнтической активности городских почв в связи с изъятием растительного опада (на примере Москвы) // Почвоведение, 2015, №5. С. 562-570.

2. Николаева В.В., Иванова А.Е. Почвенные целлюлозолитические грибные сообщества при точечной застройке городских территорий (на примере Москвы) // Проблемы агрохимии и экологии, 2015, №2. С. 45-50.

3. Потребич (Николаева) В.В. Целлюлозолитические грибы в городских почвах // Материалы XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011». Секция «Почвоведение». М.: МАКС Пресс, 2011. С. 160-161.

4. Потребич В.В., Иванова А.Е. Сукцессия микроскопических грибов при разложении опада липы (Tilia cordata Mill.) в городских почвах // Материалы Всероссийского симпозиума «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии» и Школы для молодых ученых по экологической физиологии растений. М.: Изд-во «Лесная страна» (электронное издание), 2011. С.117.

5. Потребич В.В. Грибы-целлюлозолитики в городских почвах // Материалы Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» СПб.: Издательский дом С.-Петербургского государственного университета, 2011. С. 271-272.

6. Потребич В.В. Сукцессия микроскопических грибов при разложении опада липы (Tilia cordata Mill.) в городских почвах // Материалы Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения «Почва как природная биогеомембрана» СПб.: ВВМ, 2012. С. 255-256.

7. Потребич В.В. Грибы-целлюлозолитики в городских почвах // Материалы XIX международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2012». Секция «Почвоведение». М.: МАКС Пресс, 2012. С. 23-24.

8. Потребич В.В., Иванова А.Е. Грибы-целлюлозолитики в городских почвах // Материалы VI Съезда общества почвоведов им. В. В. Докучаева «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования». Петрозаводск: 2012. Книга 1. С.428-430.

9. Марфенина О.Е., Кулько А.Б., Данилогорская А.А., Потребич В.В. Грибы рода Aspergillus: распространение, основные местообитания // Материалы 3-го Съезда микологов России. Современная микология России. М.: Национальная академия микологии, 2012. Т.З. С. 163-163.

10. Иванова А.Е., Марфенина О.Е., Потребич В.В. Функциональное разнообразие почвенных микроскопических грибов современных и средневековых городских систем // Материалы VI Съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева «Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования» Петрозаводск: 2012. Книга 1. С.350--351.

11. Иванова А.Е., Карлсен А.С., Николаева В.В., Гофман А.В., Катаев А.Д. Грибы в городских почвах: биомасса, распространение, функции // Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015. С. 96-99.

12. Николаева В.В., Иванова А.Е. Целлюлозолитические грибные сообщества при использовании рекультивационных смесей в городских почвах // Материалы III международного микологического форума. Современная микология в России. Т.4. М.: Нац. акад. микол., 2015. С. 243-245.

Подписано в печать 21.10.2015 г. Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 100 Экз. Заказ № 13339-10-15 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39