Влияние жизнедеятельности узкочерепной полевки (Microrus gregalis Pall.) на активность микробоценозов почвогрунтов отвалов Бородинского буроугольного разреза

На разновозрастных отвалах Бородинского буроугольного разреза создаются все условия для изучения роли мышевидных в повышении биологической активности почвогрунтов и пионерном почвообразовательном процессе. Зоогенное влияние на интенсивность микробиологических процессов ювенильных почв горных отвалов - наименее изученное направление в почвенно-биологических исследованиях.

Цель исследований. Оценка влияния колоний-поселений узкочерепной полевки ( Microrus gregalis Pall. ) на активность микробоценозов техногенных поверхностных образований (ТПО) отвалов Бородинского буроугольного разреза.

Материалы и методы исследований. Территория Бородинского буроугольного разреза (восточная часть КАТЭКа), расположена в Канской котловине, которая в соответствии со схемой природной зональности Средней Сибири относится к северной окраине степной зоны [13]. По почвенно-географическому районированию изучаемая территория относится к Красноярско-Канской подпровинции выщелоченных и обыкновенных черноземов, лугово-черноземных и серых лесных длительносезонномерзлотных почв [12].

Исследования осуществляли на двух 25-летних отвалах с нанесением плодородного слоя почвы (ПСП) (реплантозем) и без - (литострат) [8].

Образцы подстилки (ветоши) и минерального слоя ТПО (0-10 см) отобраны в 10-кратной повторности в колониях-поселениях узкочерепной полевки в конце вегетационного периода (начало сентября). Колонии выбирались случайным образом. Их возраст составлял не менее 5–15 лет. Плотность населения узкочерепной полевки на поверхности отвалов достигла 41–55 экз/га, а поселения полёвки занимали не менее 10 % на пробных площадях. Площади колоний варьируют от 0,25 до 120 м2, наиболее часто – от 5 до 40 м2. Образцы отбирали из колоний, занимающих площади 12–25 м2, с численностью 4–8 семейных групп.

В качестве контрольных образцов использовалась подстилка и верхний минеральный слой ТПО за пределами территории колонии, при условии отсутствия следов жизнедеятельности полевок: нор, троп, кормовых столиков, экскрементов.

Определяли содержание микробной биомассы (С мик ) методом субстрат-индуцированного дыхания СИД [2, 14]. В стеклянные флаконы (250 мл) помещали 2 г почвогрунта или 1 г подстилки (ветоши) и добавляли 0,2 мл глюкозо-минеральной смеси (ГМС, мг/мл: глюкоза – 200; К 2 НРО 4 – 20; (NH 4 ) 2 SO 4 – 20), герметично закрывали резиновыми пробками и инкубировали при 22 ° С в течение 3-4 часов, что соответствует лаг-периоду роста микробной популяции [2]. С мик определяли путем пересчета скорости СИД по формуле [14]: С мик (мкг С/г почвы) = (мкл СО 2 г^-1 почвы час^-1)×40,04+0,37.

Базальное (фоновое) дыхание (БД) почвы измеряли по скорости выделения СО 2 почвой за 24 ч ее инкубации при 25^оС. Определение СО 2 проводили хроматографически, как описано для определения СИД, только вместо внесения раствора ГМС вносили воду. Скорость базального дыхания выражали в мкг СО 2 -С/г почвы/час.

БД и СИД определяли по разности концентраций СО 2 в начале и в конце инкубации при помощи газового хроматографа Agilent Technologies 6890N (Центр коллективного пользования Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, г. Красноярск), снабженного пламенно-ионизационным детектором и метанато-ром (Hewlet-Packard, США). Во время анализа использовали колонку Supelco 10182004 из нержавеющей стали с внутренним диаметром 3,175 мм и длиной 1828,8 мм. Адсорбент – 80/100 Porapak Q. Рабочие параметры хроматографа Agilent 6890N: температура термостата колонки – 80 ^оС, поток газа-носителя (гелия) – 20 мл мин^-1. Режим работы пламенно-ионизационного детектора: температура детектора – 300 ^оС, температура заднего порта – 375 ^оС, поток водорода – 30 мл мин^-1 , поток воздуха – 400 мл мин^-1 . Объем вводимой газовой пробы 5 мл.

В образцах минеральной части ТПО изучали общую численность и структуру эколого-трофических групп микроорганизмов (ЭКТГМ) методом посева ни диагностические среды [9].

Посевы на диагностические среды выполнены в трех повторностях, измерения СИД и БД – в десяти, данные выражены как средние величины ± стандартное отклонение, расчет выполнен на вес абсолютносухой почвы (105 оС, 8 ч). Достоверность различий микробиологических показателей разных категорий участков оценивалась с помощью критерия Стьюдента для 5%-го уровня значимости. При обработке данных использовали статистический пакет программы Microsoft Excel 2003.

Результаты исследований и их обсуждение. На обоих отвалах с нанесением ПСП и без, как в подстилке, так и в верхнем минеральном слое ТПО колоний-поселений полевок, содержание углерода микробной биомассы оказалось выше, чем в контроле, при статистически достоверном уровне различий (рис. 1). В подстилке реплантозема содержание С мик оказалось большим в 1,5 раза и составило 8900 мкгС/г, тогда как в подстилке литострата – увеличивается на 14 % по сравнению с контролем и достигает 8760 мкгС/г. В верхнем минеральном слое ТПО, напротив, отмечено более значительное увеличение содержания С мик на отвале без нанесения ПСП (на 66 % от контроля), чем на отвале с ПСП (на 30 % от контроля).

Интенсивность БД достоверно повышалась в колониях-поселениях полевок только в верхнем минеральном слое ТПО на обоих типах отвалов. Почти двукратное увеличение интенсивности БД в колониях полевок отмечено в верхнем слое реплантозема, где оно достилало 2,3 мкг СО 2 -С/г почвы/час, тогда как в литострате – повышалось на 30 % от контроля. В подстилке на обоих отвалах интенсивность БД в колониях-поселениях полевок достоверно не изменялась.

Полученные данные свидетельствуют о накоплении углерода микробной биомассы в колониях-поселениях полевок за счет изменения структуры травянистого опада, обогащения почвы экскрементами и изменения физических свойств почвы. Увеличение базального дыхания в минеральном слое ТПО колоний полевок свидетельствует об интенсификации минерализационных процессов. В подстилке интенсивность базального дыхания не изменялась, что, вероятно, связано с накоплением органического вещества.

А

Б

Рис. 1. Содержание углерода микробной биомассы (А) и интенсивность базального дыхания (Б) в ТПО колоний-поселений полевок на отвалах Бородинского буроугольного разреза

Среди ЭКТГМ в минеральном слое ТПО отвалов доминируют микроорганизмы с олиготрофным типом питания и использующие минеральные формы азота, тогда как численность аммонификаторов низкая (рис. 2). Это указывает на недостаток доступных для микроорганизмов форм органического вещества и легкогидролизуемого азота, что было отмечено другими исследователями для почвогрунтов отвалов [10].

В колониях-поселениях полевок отмечено достоверное возрастание численности аммонификаторов, причем больше в литострате (почти на 60 %), что, очевидно, связано с его обогащением азотсодержащими продуктами жизнедеятельности полевок [3]. Также вероятными причинами увеличения численности органо-трофной группы микробоценоза можно отметить трансформацию структуры травянистого опада и изменения физических свойств почвы (в частности, разрыхление и аэрация). Численность других ЭКТГМ в реплан- тоземе колоний полевок достоверно не изменялась. На отвале без ПСП в колониях-поселениях полевок достоверно увеличивается также количество олигонитрофилов, что свидетельствует об интенсификации процесса азотфиксации (рис. 2).

Аммонификаторы Использующие минеральный азот Олиготрофы Олигонитрофилы

Рис. 2. Структура и численность ЭКТГМ в минеральном слое ТПО в колониях-поселениях полевок на отвалах Бородинского буроугольного разреза

Заключение. Изучено влияние жизнедеятельности узкочерепной полевки на активность микробных сообществ техногенных поверхностных образований отвалов Бородинского буроугольного разреза. Показано достоверное увеличение углерода микробной биомассы в подстилках и верхнем минеральном слое ре-плантозема и литострата колоний полевок. Интенсивность базального дыхания достоверно повышалась только в верхнем минеральном слое колоний полевок на двух отвалах. Жизнедеятельность узкочерепной полевки приводит к возрастанию численности микрофлоры азотного цикла. Возрастает количество аммонификаторов и олигонитрофилов, особенно на отвале без нанесения ПСП. Отмеченные структурнофункциональные изменения в почвенном микробном блоке в колониях-поселениях узкочерепной полевки на отвалах Бородинского буроугольного разреза свидетельствуют об интенсификации процессов мобилизации азота и микробиологической минерализации органического вещества, что приводит к ускорению круговорота биогенных элементов и, следовательно, почвообразовательного процесса на отвалах.