Введение к работе
Актуальность. Крупные, не потревоженные антропогенной деятельностью лесные экосистемы (неосвоенные или девственные леса) по своей организации могут принципиально отличаться от преобладающих фрагментированных или иным образом преобразованных лесов (Брайант и др., 1997). Островки таких массивов сохранились в лесах России, в «Зеленом поясе» Карелии, включающем заповедные леса Кольского полуострова и Карелии (Ярошенко и др., 2001; Зайцева и др., 2002; Лукина и др., 2008).
Сложившиеся к настоящему времени представления о структурно-функциональной организации бореальных лесных биогеоценозов (БГЦ) требуют переосмысления, поскольку часто они формировались на основе результатов изучения лесных БГЦ промежуточных (неклимаксных) этапов развития, тогда как установлено, что свойства почв экосистем, длительное время не подвергавшихся катастрофическим воздействиям, и экосистем, подверженных периодическим нарушениям, существенно различаются (Бигон и др., 1989). Из главных компонентов лесных экосистем, определяющих их продуктивность, наименее изучена почвенная биота. Общеизвестно, что в лесных БГЦ деревья-эдификаторы, создающие мощное фитогенное поле, оказывают существенное влияние на формирование свойств почв (Карпачевский, 1981), а значит правомерно предположить, что распределение численности и биомассы почвенных микроорганизмов в лесных БГЦ тоже регулируется деревьями. Следовательно, в подкроновых пространствах и «окнах» между кронами оно неодинаково. Это особенно актуально, если принять во внимание, что большая часть исследований микроорганизмов в лесных почвах проводится в межкроновых пространствах.
Активность фитогенного поля обусловливает комплекс факторов (Ипатов и др., 1997; Hornberg et al., 1999): световой и температурный режим; режим влажности и степень пропускания осадков кроной. Влияние фитогенного поля эдификатора на свойства почв и почвенные микроорганизмы определяется также интенсивностью потоков химических элементов, поступающих с водами, прижизненными корневыми выделениями, надземным и подземным опадом, поглощаемых древесным пологом из атмосферы и почвы, а также выделяемых растениями.
Цель диссертационной работы - исследовать численность и структуру биомассы микроорганизмов в почвах коренных старовозрастных северо-таежных хвойных лесов с учетом роли деревьев-средообразователей и выявить взаимосвязи между численностью и биомассой микроорганизмов, с одной стороны, и питательным режимом экосистем, с другой.
Основные задачи:
-
Описание основных характеристик микробных комплексов в почвах наиболее характерных парцелл сосновых и еловых лесов.
-
Изучение различий в содержании микроорганизмов между сосновыми и еловыми лесами.
-
Изучение особенностей комплексов почвенных микроорганизмов в приствольных и в межкроновых пространствах.
-
Описание характера соотношения прокариотной и эукариотной микробных биомасс в основных почвенных горизонтах для наиболее характерных парцелл коренных лесов.
Научная новизна. Впервые с помощью прямых люминесцентно- микроскопических методов изучена численность и биомасса микроорганизмов почв хвойных лесов Кольского полуострова. Выявлены достоверные различия в биомассе микроорганизмов между типами биогеоценозов. Биомасса микроорганизмов в почвах еловых лесов значительно превышает биомассу таковых в почвах сосновых типов БГЦ. Основной новацией работы явилось установление существенных различий в распределении микроорганизмов в органогенных горизонтах межкроновых и приствольных зон хвойных лесов: а) в сосновых лесах наиболее благоприятные для функционирования микроорганизмов условия питательного режима создаются в приствольных зонах, почвы которых обогащены органическим веществом и элементами питания; б) в приствольных зонах еловых лесов, где также концентрируется наибольшее количество питательных веществ и наименьшее количество кислотных компонентов, численность и биомасса всех групп микроорганизмов ниже, чем в межкроновых пространствах. Факторами, лимитирующими функционирование микроорганизмов под кронами елей, могут быть высокое содержание фенолов в стволовых и кроновых водах и их агрессивный характер.
Практическая значимость. Полученные данные по численности и структуре биомассы микроорганизмов Al-Fe-гумусовых подзолов, особенно соотношение длин грибного мицелия с пряжками и без пряжек могут быть использованы в интересах экологического мониторинга как индикаторы сукцессионого развития лесных экосистем: на ранних этапах преобладают грибы с беспряжковым мицелием, в процессе сукцессии заметно увеличивается доля грибного мицелия с пряжками. Показано, что содержание биомассы микроорганизмов различается в зависимости от приуроченности к приствольной или к межкроновой зоне, что необходимо учитывать при отборе почвенных образцов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на VIII и IX-ой конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2001, 2002), 9-ой международной школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2005), на Международной научно-практической конференции МГУ-СУНИ «Человечество и окружающая среда» (Москва, 2004) и на заседаниях и научных семинарах кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ, из них 2 экспериментальные статьи (журнал «Почвоведение») и 4 тезисов докладов на международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах, содержит таблиц и рисунков, состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследований, глав экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы ( источников, из которых англоязычных).
