Пространственная структура сообществ инфузорий в ризосфере хвойных деревьев

Исследование функциональной роли каждой группы почвенных животных является фундаментальной проблемой почвообразования. [1]. Инфузории живут в почвенных порах и могут находиться в адсорбированном состоянии на поверхности почвенных частиц в тонких прослойках пленочной влаги [2]. Почвенные инфузории являются компонентом естественных и антропогенных биогеоценозов и участвуют в почвообразовательных процессах [2; 3]. Структура сообществ почвенных инфузорий связана с растительностью и изменяется в зависимости от вида растительности. В доступной нам литературе не удалось обнаружить исследований по биотопическому пространственному распределению почвенных инфузорий в зависимости от вида хвойных деревьев. Целью работы являлось изучение распределения почвенных инфузорий в ризосфере ели и сосны.

Методика исследований

Исследования проводились в окрестностях г.Томска, в подтаежной зоне Западной Сибири. Отбор почвенных проб осуществлялся ежемесячно, с мая по сентябрь 2015 г. Образцы почвы, для исследования численности и видового состава почвенных инфузорий, отбирались в светло - серых лесные почвах. Для исследования микростационального распределения почвенных инфузорий выбран хвойный лес с подростом ели, зеленомошноразнотравный. Древесный ярус образован преимущественно сосной обыкновенной ( Pinus sylvestris L. ) и елью обыкновенный ( Picea abies L .). Кустарничковый ярус занимает 40% проективного покрытия, доминирует земляника лесная ( Fragaria vesca L .), в травяном ярусе преобладают крапива двудомная ( Urtrica dioica L. ), ромашка обычная ( Matricaria matricarioides L .), репейник ( Actium L. ), подорожник ( Plantago L. ). [5].

Для изучения особенностей биотопического распределения почвенных инфузорий заложены модельные площадки размером 10X10 м. Для сбора образцов выбраны биотпы с разным типом растительности: сосна обыкновенная и ель обыкновенная. На пробных участках брались смешанные пробы из середины генетических горизонтов почвы. Образцы отбирали до максимальной глубины встречаемости цилиофауны (около 20 см), в ризосфере деревьев, на расстоянии 20, 40, 60, 80 см от корневой шейки. Регулярно проводились замеры температуры, влажности и Ph почвы по стандартным методикам [8].

Учет инфузорий проводился методом предельных разведений навески почвы жидкой питательной средой сенного настоя с почвенной вытяжкой. Подсчет и анализ беспозвоночных организмов проводился с использованием светового микроскопа «Биомед 3» и цифрового микроскопа Motic DM-BA300. Пробы обрабатывались счетным методом в камере Горяева [3]. Видовое определение инфузорий производили с использованием определителей [6-7].

Статистическая обработка материала проводилась в табличном процессоре Microsoft ® Excel 2010 и пакете Statistica 7.0.

Результаты и обсуждения

Видовое богатство почвенных инфузорий в ризосфере различных деревьев насчитывает 7 видов из 5 семейств и 7 родов. Основную массу почвенных цилиат составляют представители семейств: Tetrahymenidae Corliss, 1952 и Colpodidae Kahl, 1926 . Видовой состав почвенных инфузорий в изученных биотопах в основном однороден. Наиболее типичным структурообразующим видом является: Colpoda cuculuc.

И m

:В В

в в

Ель

Сосна

в в V ч и В

Май

Июнь

Июль

Август

Период наблюдений, месяц

Рис. 1 - Общая численность почвенных инфузорий в биотопах, исследуемых деревьев, в зависимости от расстояния в ризосфере

Из анализа данных, представленных на рисунке 1, видно, что наибольшее количество инфузорий в ризосфере ели наблюдается в июне (63300 экз./г), максимум численности инфузорий для ризосферы сосны (50700 экз./г) приходится на июль. Данные месяцы являются наиболее благоприятными для жизнедеятельности почвенных цилиат (табл.1), так как физико-химические особенности почв: увлажнение, температура оптимальны для размножения [4].

Таблица 1 - Физико-химические показатели исследуемого биотопа

Физикохимический показатель	Май		Июнь		Июль		Август
	Е	С	Е	С	Е	С	Е	С
Влажность, %	32	34	28	9,7	23	19	28	31
Темпер-ра., С°	4	4	21	23	15	16	10	10
pH	5,4	5,4	5,3	5,7	5,4	5,4	6,8	6,9

Примечание: Е -ель; С -сосна

Colpoda maupaci

Orthodon hamatus

Colpoda cucullus

Litontus varsaviensis

Colpidium colpoda

Vorticella microstoma

Расстояние, см

Рис.2. - Численность и видовое разнообразие инфузорий в ризосфере деревьев, в мае.

Из анализа данных, представленных на рис.2, можно выявить зависимость численности сообществ почвенных инфузорий от расстояния до корневой шейки растений. Максимальное значение численности инфузорий в ризосфере ели наблюдается на расстоянии 40 см. Исключение составляет вид Colpoda maupaci, максимум численности которого (4800 экз./г) наблюдается на расстоянии 20 см от корневой шейки ели. С увеличением расстояния, численность данного вида снижается, но находится в доминантном положении - 2350 экз./г – на расстоянии 80 см от корневой шейки. Численность депрессивных видов: Litontus varsaviensis , Orthodon hamatus и Vorticella microstoma не превышает 900 экз./г.

Аналогично доминирующим видом в ризосфере сосны рис.2, является вид Colpoda maupaci, максимум численности которого (4750 экз./г) приходится на расстоянии 40 см от корневой шейки и вид Litontus varsaviensis . Численность других видов равномерно снижается на расстоянии от 20 до 80 см от корневой шейки в зависимости от трофической специализации.

Расстояние, см

^^^^^^^е Colpoda maupaci

^^^^^^^^^ Orthodon hamatus

^^^^^^^^ш Colpoda cucullus

^^^^^^^^ш Litontus varsaviensis

^^^^^^^е Colpidium colpoda

^^^^^^^е Glaucoma puriformis

^^^^^^^^ш Vorticella microstoma

Рис.3 – Численность и видовое разнообразие инфузорий в ризосфере деревьев, в июне 2015 г.

Пространственное распределение почвенных инфузорий в июне в ризосфере сосны рис. 3, характеризуется снижением общей численности. Наблюдается пространственная десинхронизация пространственной структуры сообществ. Для пяти видов характерно снижение численности простейших с максимальным значением на расстоянии 20 см от корневой шейки сосны. Для вида Colpidium сolpodа наблюдается максимальное значение численности на расстоянии 60 см от корневой шейки сосны, для вида Glaukoma puriformis на расстоянии 80 см. К доминантным видам инфузорий, обитающих в ризосфере сосны можно отнести Colpoda cucullus и Colpoda maupaci, к депрессивному виду относиться: Vorticella microstoma. Минимум численности (от 100 до 500 экз./г) трех найденных видов из семи, а именно: Vorticella microstoma и Colpoda maupaci, наблюдается на расстоянии 60 см от корневой шейки сосны. Возможно, данный вид конкурирует с Colpidium сolpodа, численность которого увеличивается до 1700 экз./г только на расстоянии 60 см от корневой шейки и снижается на расстоянии 80 см от корневой шейки. В то время как численность депрессивных видов постепенно увеличивается до 800 экз./г.

В ризосфере ели максимум численности инфузорий характерно на расстоянии 20 см от корневой шейки дерева рис.3. Доминирующими видами являются Litontus varsaviensis и Colpoda cucullus, рецессивными - Vorticella microstoma, Glaukoma puriformis и Colpidium сolpodа, численность которых повышается при снижении численности доминантных видов на расстоянии 60 см .

10000    Ель                ^^^^^^^^^ Colpoda )S       9000 1 Т                           h л Я ли а     8000                        hamatus hamatus 7000                           ^^^^^^^^” Colpoda В ^!    6000                           cucullus о 2    5000 1                          Litontus 4000                           varsaviensis у         3000 —            "'^           ^^^^^^^^ Colpidium 2000                          colpoda S       1000                  ^    ^^^^^^^^Glaucoma puriformis 20  40 60  80    ^^^^^^^^™ Vorticella microstoma Расстояние, см

6000 Сосна 5000 а 4000 ®                               т М                                             _L щ"  3000 в в  2000 2   1000 у    0 20    40    60    80 Расстояние, см

Рис.4 – Численность и видовое разнообразие инфузорий в ризосфере деревьев, в июле 2015 г.

В июле наблюдается существенное изменение структуры сообществ инфузорий, обитающих в ризосфере ели (рис. 4). Происходит расслоение пространственной структуры сообществ инфузорий. Максимальное значение численности: от 600 до 8500 экз./г всех рассматриваемых видов инфузорий наблюдается на расстоянии 20 см от корневой шейки ели, с постепенным снижением численности на расстоянии 80 см от корневой шейки дерева. Для двух видов Glaukoma puriformis и Colpoda maupaci характерно повышение численности в 60 см от корневой шейки ели. Что указывает на конкурентные взаимоотношения видов инфузорий в сообществах инфузорий.

В июле на фоне благоприятных условий происходит увеличение общей численности инфузорий и пространственное перераспределение структуры сообществ ризосфере сосны. Происходит смена доминирующего вида, им становится вид Colpoda cucullus. Виды Glaukoma puriformis и Vorticella microstoma становятся депрессивными, численность которых не превышает 650 экз./г. Наблюдается и пространственное смещение максимальных значений численности простейших. Для трёх видов: Colpoda maupaci, Colpidium сolpodа, Vorticella microstoma повышенное значение особей отмечается на расстоянии 20см, для двух видов: Colpoda cucullus, Litontus varsaviensis - на расстоянии 40 см и для 2 видов: Glaukoma puriformis и Orthodon hamatus на расстоянии 60 см.

- Colpoda maupaci

^^^^^^^^ш Orthodon hamatus

Colpoda cucullus

Litontus varsaviensis

^^^^^^^е Colpidium colpoda

- Glaucoma puriformis

^^^^^^^^ш Vorticella microstoma

Рис.5 – Численность и видовое разнообразие инфузорий в ризосфере деревьев, в августе 2015 г.

Анализ данных представленных на рисунке 5, позволяет выявить изменение пространственной структуры сообществ в ризосфере ели. Для каждого вида простейших характерно индивидуальное пространственное распределение, что вероятно связано с благоприятными трофическими и абиотическими условиями. В ризосфере ели доминирующими по численности является вид: Litontus varsaviensis - 6900 экз./г, с максимальной численностью на расстоянии 40 см от корневой шейки дерева. Депрессивные виды: Glaukoma puriformis и Vorticella microstoma от 100 до 750 экз./г характеризуются слабо выраженной динамикой. Для четырёх субдоминантных видов характерно снижение численности простейших на расстоянии 60 и 80см от корневой шейки ели.

В ризосфере сосны в августе наблюдается снижение общей численности инфузорий и адаптивные изменения пространственной структуры сообществ. Доминирующими по численности являются виды: Colpoda cucullus и Litontus varsaviensis , Colpidium сolpodа и Colpoda maupaci с высокими значениями численности на расстоянии 20 и 40 см и низкими в области 60 и 80см от корневой шейки дерева. Депрессивными видами, как и в ризосфере ели, являются: Glaukoma puriformis и Vorticella microstoma: от 100 до 300 экз./г.

Таким образом, в ходе проведенного исследования пространственного распределения почвенных инфузорий, в ризосфере хвойных пород деревьев можно сделать следующие выводы:

• 1.    Установлено, что видовое разнообразие изученных биотопов в летний период однородно, наиболее типичным структурообразующим видом является: Colpoda cuculuc , Litontus varsaviensis и Colpidium сolpodа, наименее - Glaukoma puriformis и Vorticella microstoma.

• 2.    Численность почвенных инфузорий, во всех изученных биотопах, меняется в зависимости от расстояния, от корневой шейки, наибольшее количество цилиофауны наблюдается на расстоянии 20 и 40 см.

• 3.    В благоприятных условиях при повышении общей численности почвенных инфузорий происходит расслоение пространственной структуры сообществ и увеличение численности особей на расстоянии 60- 80см от корневой шейки дерева.

• 4.    В неблагоприятных условиях при снижении общей численности наблюдается концентрация простейших в области 20 -40 см от корневой шейки дерева.