Введение к работе
Актуальность проблемы. Все более осознается необходимость изучения закономерностей, определяющих деятельность микробных комплексов (Звягинцев, 1986; Заварзин, 1993) для поиска принципов природопользования в условиях нарастающего экологического кризиса, прогноза последствий деградации почв в результате их хозяйственного использования и рекреационной нагрузки (Левич, 1994). Под понятием «микробное сообщество» понимают совокупность популяций микроорганизмов, населяющих определенный биотоп в конкретный момент времени. Микробное сообщество обладает особыми свойствами, не присущими отдельным слагающим его компонентам и является организационной, структурной и функциональной единицей экосистемы (Бабьева, Зенова, 1983; Добровольская, 2002).
В настоящее время сложилась иерархия исследовательских задач почвенной микробиологии. В первую очередь изучают общую численность и биомассу микроорганизмов, их физиологическую активность по сезонам года, соотношение численности основных групп микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли), их видовое разнообразие и межпопуляционные взаимодействия в ходе микробных сукцессий или флуктуаций в различных типах почв (Полянская, 1996).
Биоценологический подход позволяет более адекватно судить об общих принципах функционирования почвенных экосистем и о микробиологических особенностях, свойственных различным типам почв. Каждый тип почв характеризуется не только определенным запасом микробной биомассы, но и спецификой ее распределения в пространстве и во времени (Гейдебрехт, 1999).
Данная исследовательская работа осуществлена в рамках фундаментальной проблемы расширения представлений о состоянии микробных сообществ дельтовых экосистем, их роли в биогеохимических циклах и климатических изменениях. Особое место в функционировании биосферы в целом занимают микробные сообщества дельтовых экосистем, почвы которых выполняют инфильтрационную роль и обеспечивают запасами органического вещества. Наряду с физико-химическими компонентами почв активными агентами, выполняющими функции фильтрации, биодеструкции и биоремедиации являются микроорганизмы почв.
Территория Астраханской области, в частности дельта реки Волга представляет собой один из самых интересных и малоисследованных в микробиологическом отношении регионов страны. Большая часть дельты реки Волга относится к уникальным водно-болотным угодьям, находящимся под охраной Рамсарской конвенции (1975) и характеризуется своеобразием природно-климатических условий.
Целью настоящей работы явилось изучение динамики численности и структуры микробных сообществ в различных типах и подтипах почв дельты Волги.
В задачи исследования входило:
-
Изучение численности и биомассы основных групп микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли) в различных типах и подтипах почв.
-
Изучение сезонной динамики численности и биомассы основных групп микроорганизмов типов и подтипов почв.
-
Определение доли углерода микробной биомассы в общем содержании углерода органического вещества в типах почв дельты Волги.
-
Изучение основных эколого-трофических групп микроорганизмов ЭКТГМ (бактерий, растущих на среде МПА, КАА, Эшби, Чапека) различных типов почв дельты Волги.
-
Установление корреляционной связи между биомассой микроорганизмов и ферментативной активностью почв.
Научная новизна. Впервые с помощью люминесцентно-микроскопического метода изучена численность и биомасса основных групп микроорганизмов в различных типах и подтипах почв дельты Волги. Установлено, что в зависимости от типа почвы, доминирующее положение в микробной биомассе занимают грибной мицелий или водоросли, а на долю прокариот приходится от 1 до 7%. Показано, что микробный комплекс лечебных грязей озера Тинаки-1 составляют бактерии, проводящие все деструкционные процессы. Установлено несущественное сезонное изменение в показателях численности и биомассы микроорганизмов в различных типах и подтипах почв дельты Волги. Показано, что в верхнем гумусированном слое изученных почв максимальная доля углерода микробной биомассы (прежде всего биомассы эукариотов) в запасах углерода органического вещества почв дельты составляет от 2 до 8%. Доминирующей эколого-трофической группой микроорганизмов в различных типах почв дельты Волги являются бактерии, растущие на среде КАА или Эшби, составляющие 60% от общей численности микроорганизмов. Показана тесная корреляционная связь между значениями биомассы микроорганизмов и инвертазы (R=0,886), а также между активностью уреазы и численностью бактерий, растущих на среде МПА (R=0,893–0,995) в различных типах почв дельты Волги.
Практическая значимость. Полученные в работе данные по численности и биомассе основных групп микроорганизмов могут быть полезны при расчетах норм антропогенной нагрузки, оказываемой на почвенный покров дельты Волги. На основании данных численности и биомассы микроорганизмов, полученных при изучении бурой аридной почвы бэровского бугра Черный, как эталона ненарушенной экосистемы, можно предлагать в качестве индикаторов экологических нарушений численность и структуру эукариотных групп микроорганизмов. Значения общей биомассы микроорганизмов и особенности соотношения различных групп микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли) могут служить показателями при диагностике почв аридной зоны России. Полученные результаты позволяют дополнить микробиологическими элементами разрабатываемые критерии устойчивости почвенного покрова к антропогенным нагрузкам.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и представлены на заседаниях и научных семинарах кафедры биотехнологии и биоэкологии, почвоведения АГУ; на III и IX Международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 2000, 2006), на Всероссийской научной конференции «Азотосодержащие гетероциклы: синтез, свойства, применение» (Астрахань, 2000), на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2006» (Нальчик, 2006), на II Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2006), на XIV школе «Экология и почвы» (Пущино, 2006), на X ассамблеи Ассоциации вузов Прикаспийских государств (Атырау, 2006), на Х Докучаевских молодежных чтениях «Почвы и техногенез» (Санкт-Петербург, 2007), на Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 4 экспериментальных статей, 3 опубликованных и 1 принятых к печати в ведущих рецензируемых научных журналах, 5 статей и 3 тезисов на международных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на ….. страницах, содержит …… таблиц и ……. рисунок, состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследований, двух глав экспериментальных результатов, заключения, выводов, списка литературы (200 источников, из которых 40 англоязычных) и приложения.
