Введение к работе
Актуальность
Вермикомпост - это продукт физической и биохимической
трансформации органических субстратов, образующийся при
взаимодействии дождевых червей и микроорганизмов. Биологии
вермикомпостирования посвящено много исследований. Часть из них
направлены на характеристику состава микробного сообщества при
вермикомпостировании (Терещенко, 2003; Кузьмина, 2005; Кубарев и др.,
2005; Anastasi et al., 2005; Aira et al., 2006; другие). Другие работы
характеризуют микробную активность (Жигжитова, 1998; Gomez-Brandon et
al., 2008; Lazcano et al, 2008; Sen, Chandra, 2009; Vivas et al, 2009),
функциональные особенности (Терещенко, Бубина, 2007; Vaz-Moreira et al.,
2008; Yasir et al, 2009), свойства ферментов (Masciandaro et a.l, 2000) или
физиологическое состояние микроорганизмов в вермикомпостах (Aira et al.,
2006; Pramanik et al., 2008). Несмотря на противоречия в данных, связанные с
разнообразием субстратов и условий вермикомпостирования, имеющаяся
научная база свидетельствует о том, что вермикомпостирование - особый
процесс, отличающийся от обычного компостирования. Таким образом,
можно искать специфические микробиологические свойства
вермикомпостов, связанные с активностью червей. Однако
микробиологические стандарты качества (за исключением санитарных) и
готовности вермикомпостов до сих пор не разработаны.
Важно представлять какие микроорганизмы, и с какой активностью проводят процессы трансформации органического вещества. Так как данные по таксономическому составу и обилию микроорганизмов в вермикомпосте противоречивы (вплоть до различного знака эффектов у разных авторов), представляется целесообразным построить микробиологическую характеристику вермикомпостирования на анализе экофизиологических особенностей микробного сообщества вермикомпостов, которые не зависят от конкретной таксономической структуры в силу наличия большого числа видов-дублеров (Звягинцев, 1985). Работа касается и проблемы источников плодородия вермикомпостов, которыми могут быть только свойства,
характерные для разных по происхождению вермикомпостов.
Экофизиологические параметры, характеризующие активность
микроорганизмов, кинетику роста, потребность в факторах роста и др., дополнят санитарные нормативы и должны уточнить особенности и механизмы взаимодействия микроорганизмов и дождевых червей. Вермикомпосты оказывают большее положительное действие на рост растений, чем простые компосты. Причины этого явления не до конца вскрыты.
Цель Установить отличия вермикомпостов от компостов по экофизиологическим, биохимическим параметрам микробного сообщества и обилию микроорганизмов.
Задачи
Исследовать вклад деятельности дождевых червей и природы исходного сырья в формирование таксономической структуры бактериального комплекса вермикомпостов.
Исследовать изменение обилия отдельных групп микроорганизмов в процессе вермикомпостирования: длины мицелия грибов и актиномицетов, численности бактерий, микрофауны (нематод, инфузорий, коловраток).
Охарактеризовать функциональные (трофические) особенности и физиологическое состояние (активность) микроорганизмов в вермикомпостах.
Исследовать качественные изменения ферментов гидролаз и оксидо-редуктаз под действием червей в вермикомпостах по сравнению с компостами.
Установить изменение при вермикомпостировании соотношения микроорганизмов К- и г- стратегов по сравнению с компостированием.
Определить время вермикомпостирования достаточное, чтобы микробиологические свойства, по которым вермикомпосты отличаются от компостов, достигли максимальных отличий.
Научная новизна
Установлено, что микробное сообщество вермикомпостов отличается от микробного сообщества компостов по ряду характеристик. В
вермикомпостах меняется стратегия микробного роста: увеличивается доля г-стратегов; трофическая характеристика сообщества: изменяется спектр ассимиляции органических соединений, происходит понижение удельной гидролазной активности, отмечается относительное снижение доли мицелия грибов. Впервые обнаружен эффект снижения сродства ферментов (эстераз, ферментной системы окисления глюкозы) к субстратам реакции в вермикомпостах. В качестве отличительных признаков вермикомпостов предлагается использовать следующие интегральные экофизиологические параметры: 1) сродство ферментов к субстратам (константа Михаэлиса-Ментен), 2) параметры роста микроорганизмов, ответственных за формирование спектра ассимиляции, 3) параметр, отражающий удельную гидролазную активность, 4) отношение максимальной удельной скорости роста микробного сообщества на глюкозе к константе Михаэлиса-Ментен (jum/Ks), отражающее степень олиготрофности сообщества.
Практическая значимость
Полученные данные могут быть полезны для разработки микробиологических стандартов качества и готовности вермикомпостов. Результаты могут использоваться в лекционных курсах по общей экологии, экологии почвенных микроорганизмов, почвенной зоологии, биологии почв.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на 12 Российских и Международных научных конференциях, на заседаниях кафедры биологии почв (9 тезисов в материалах конференций).
По теме диссертации опубликовано три статьи в рецензируемых журналах («Микробиология», «Почвоведение», «Вестник Московского университета»).
Объем и структура работы
