Влияние азотфиксирующих микроорганизмов на пророст семян сосны обыкновенной (Pinus sylvestris)

Одной из важнейших экологических проблем современности является деградация почвенного покрова. К деградации почв относится и процесс опустынивания — процесс необратимого изменения почвы и растительности, снижения биологической продуктивности, процесс, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню. В Забайкалье и Прибайкалье ареал опустынивания пред- ставляет собой северную окраину единой субширотной полосы опустынивания Евразии [1].

Одним из методов экологической реставрации деградированных земель является фитомелиорация. При фитомелиоративном подходе задействуется природный потенциал растений, которые исторически являлись главным фактором почвообразования. Также для восстановления плодородия почв исключительную роль играют азотфиксирующие микроорганизмы. Их значение в почвообразовании чрезвычайно велико. Только благодаря их деятельности другие живые организмы могут использовать атмосферный азот в виде нитратов [2].

Целью данной работы было изучение распространения азотфиксирующих микроорганизмов в почве и влияния микробных комплексов на пророст семян сосны обыкновенной ( Pinussylvestris ).

Для микробиологических исследований были отобраны пробы с верхних слоев почвы двух ключевых участков Селенгинского Среднегорья под подростом сосны обыкновенной (Pinussylvestris). Выделение накопительных азотфиксиру-ющих бактерий проводили методом посева на жидкие элективные культуральные среды [3]. Определение таксономической принадлежности цианобактерий на основе морфологических признаков проводили по Еленкину и Голлербаху [4, 5]. Для определения влияния микробных комплексов на пророст семян сосны обыкновенной использовали метод определения энергии прорастания семян [6].

В ходе исследований была установлена численность азотфиксирующих микроорганизмов из образцов почвы при температуре инкубации равной 20 °С.

Численность аэробных азотфиксаторов в исследуемых образцах почвы составила 107 — 1010 кл/г. Численность анаэробных азотфиксаторов была в пределах 107 — 109 кл/г. Полученные результаты свидетельствуют о широком распространении азотфиксирующих бактерий в исследуемых экосистемах.

Изучение цианобактерий в исследуемых образцах показало, что накопительные культуры цианобактерий представлены родами: Anabaena, Calothrix, Phor-midium. По видовому разнообразию среди родов доминирует Phormidium, представленный 6 видами: Phormidiumfragile, Ph. foveolarum, Ph. tenuissimum, Ph. molle, Ph. tenue. В пробах почвы часто встречаемыми видами являются Calotrixsp, Anabaenavariabilis, Ph. molle.

Известно, что наиболее приспособленными к условиям жизни на бедных песчаных почвах являются хвойные растения. А. С. Манаенков (1993) считает, что облесение низкопродуктивных песчаных земель является важнейшим компонентом ландшафтно-системного обустройства территории. В ряде случаев, облесение выступает единственным дешевым и экологичным средством повышения эффективности землепользования [7]. Прогнозные исследования показывают, что к 2090 году на опустыненных территориях немногим более благоприятными будут условия для развития сосны обыкновенной [8].

В связи с имеющимися литературными данными в качестве испытуемых семян были выбраны семена Pinussylvestris. Был поставлен ряд опытов по влиянию микробных комплексов из выделенных нами культур на пророст семян.

Для исследования были подготовлены следующие микробные комплексы:

• 1    — накопительная культура аэробных азотфиксирующих бактерий;

• 2    — накопительная культура анаэробных азотфиксирующих бактерий;

• 3    — культуральная жидкость, содержащая аэробные и анаэробные азотфик-сирующие бактерии;

• 4    — комплекс: аэробные и анаэробные азотфиксирующие бактерии, и накопительная культура цианобактерий;

• 5    — накопительная культура цианобактерий.

После 7-дневной инкубации при естественном освещении и комнатной температуре невысокие значения всхожести семян были отмечены в опыте с аэробными азотфиксирующими бактериями, процент прорастания не превышал 27%. Использование накопительной культуры анаэробных азотфиксаторов показало более высокий результат, процент прорастания достигал 37%. В этих же пределах (40%) были получены результаты с комплексом аэробных и анаэробных ди-азотрофов. Максимальные значения были установлены в опытах с накопительной культурой цианобактерий, здесь всхожесть семян составила 83%.

Анализ полученных данных показал, что наиболее эффективными были микробные комплексы на основе цианобактериальных культур. Подобные результаты были получены и китайскими учеными из Внутренней Монголии [9, 10, 11. 12]. Они провели серию работ на посадках ивы с использованием смеси из нескольких видов цианобактерий ( Microcoleus vaginatus — нитчатая, не азотфикси-рующая цианобактерия, но с высокой скоростью роста, способная формировать корку и Scytonema javanicum нитчатая азотфиксирующая цианобактерия). Оба вида часто встречаются в засушливых областях.

Таким образом, проведенные исследования показали, что в образцах поверхностного слоя почвы контрольных участков Селенгинского Среднегорья широко распространены азотфиксирующие прокариоты, представленные как бактериями, так и цианобактериями. Полученные результаты свидетельствуют о значительном потенциале азотфиксирующего комплекса, а особенно цианобактериальных сообществ, что немаловажно для получения биодоступного азота и соответственно восстановлению деградированного почвенного покрова и повышению продуктивности экосистем.

Работа выполнена при финансовой поддержкебюджетного проекта ФАНО № 0337-2016-0004 и гранта РФФИ № 15-44-04302.