Активность выделения СО2, азотфиксации и денитрификации при разложении крупных древесных остатков ели обыкновенной в южной тайге

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В инкубационных экспериментах с крупными древесными остатками (КДО) растений ели обыкновенной (Picea abies L.), имеющих одну из пяти стадий разложения, и гумусового горизонта дерново-подзолистой почвы (Retisol) определена активность выделения СО2, азотфиксации, денитрификации, а также оценено физиологическое состояние сообщества микроорганизмов-деструкторов в зависимости от стадии разложения КДО. Образцы КДО пяти стадий разложения и почвы отбирали на экспериментальных площадках Центрально-лесного государственного природного биосферного заповедника (Тверская область). Максимальные размеры эмиссии СО2 при разложении КДО были связаны со стадиями разложения III и IV. Для этих же стадий характерны максимальные величины таких важных показателей активности микробного сообщества КДО и почвы, как субстрат-индуцированное дыхание (СИД, 50 мкг С–СО2/г/ч), доля легкоразлагаемого органического С в органическом веществе (А1, 66%) и метаболический коэффициент qCO2 (0.78). В отличие от эмиссии СО2, максимальная активность азотфиксации наблюдалась на более ранней стадии II. Величины активности азотфиксации и денитрификации свидетельствуют о постепенном и сложно регулируемом процессе перехода на протяжении стадий II, III и IV от свойств бактериальных и грибных сообществ КДО к таковым в почве. Резкий переход (более чем троекратное уменьшение) наблюдается только для соотношения C : N в КДО между стадиями разложения III и IV. Хотя на последней стадии разложения V эмиссия СО2 существенно уменьшается, органическое вещество КДО отличается меньшей устойчивостью, чем ОВ дерново-подзолистой почвы.

Об авторах

И. В. Евдокимов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
Федеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: ilyaevd@yahoo.com
Россия, 142290, Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2

Н. В. Костина

Факультет почвоведения, МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: ilyaevd@yahoo.com
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

С. С. Быховец

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
Федеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”

Email: ilyaevd@yahoo.com
Россия, 142290, Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2

А. В. Кураков

Биологический факультет, МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: ilyaevd@yahoo.com
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

Список литературы

  1. Васенев В.И., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В. Влияние поллютантов (тяжелые металлы, дизельное топливо) на дыхательную активность конструктоземов // Экология. 2013. № 6. С. 436–445. https://doi.org/10.7868/S0367059713060115
  2. Евдокимов И.В., Юсупов И.А., Ларионова А.А., Быховец С.С., Глаголев М.В., Шавнин С.А. Тепловое воздействие факела попутного газа на биологическую активность почвы // Почвоведение. 2017. № 12. С. 1485–1493. https://doi.org/10.7868/S0032180X17120073
  3. Заварзин Г.А., Заварзина А.Г. Ксилотрофы и микофильные бактерии при образовании дистрофных вод // Микробиология. 2009. Т. 78. № 5. С. 579–591.
  4. Замолодчиков Д.Г., Каганов В.В., Липка О.Н. Потенциальное поглощение углерода фитомассой древостоя при восстановлении тугайных лесов // Лесоведение. 2020. № 2. С. 115–126. https://doi.org/10.31857/S0024114820020114
  5. Кудеяров В.Н., Заварзин Г.А., Благодатский С.А., Борисов А.В., Воронин П.Ю., Демкин В.А., Демкина Т.С. и др. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.
  6. Кураков А.В., Евдокимов И.В., Максимович С.В., Костина Н.В. Микробное сообщество при разложении валежа ели и его активность в выделении двуокиси углерода, азотфиксации и денитрификации // Проблемы лесной фитопатологии и микологии. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2018. 262 с.
  7. Кураков А.В., Прохоров И.С., Костина Н.В., Махова Е.Г., Садыкова В.С. Стимуляция грибами азотфиксации в дерново-подзолистых почвах // Почвоведение. 2006. № 9. С. 1075–1081.
  8. Кураков А.В., Семенова Т.А. Видовое разнообразие микроскопических грибов в лесных экосистемах южной тайги Европейской части России // Микология и фитопатология. 2016. Т. 50. С. 367–378.
  9. Ларионова А.А., Квиткина А.К., Быховец С.С., Лопес де Гереню В.О., Колягин Ю.Г., Каганов В.В. Влияние азота на минерализацию и гумификацию лесных опадов в модельном эксперименте // Лесоведение. 2017. № 2. С. 128–139.
  10. Степанов А.Л., Лысак Л.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии. М.: МАКС Пресс, 2002. 88 с.
  11. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта, И.И., Иванова С.Е. Взаимодействие лесных суглинистых подзолистых почв с модельными кислыми осадками и кислотно-основная буферность подзолистых почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 207 с.
  12. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Лысак Л.В., Завгородняя Ю.А., Чалова Т.С., Карпухин М.М., Изосимова Ю.Г. Биологические характеристики и содержание подвижных соединений Fe, Al и Si в ризосфере ели в подзолистой почве // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1330–1339. https://doi.org/10.1134/S0032180X18110084
  13. Стороженко В.Г., Шорохова Е.В. Биогеоценотические и ксилолитические параметры устойчивых таежных ельников // Грибные сообщества лесных экосистем. М.–Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2012. Т. 3. С. 22–40.
  14. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. P. 215–221. https://doi.org/10.1016/0038-0717(78)90099-8
  15. Beare M.H., Neely C.L., Coleman D.C., Hargrove W.L. A substrate-induced respiration (SIR) method for measurement of fungal and bacterial biomass on plant residues // Soil Biol. Biochem. 1990. V. 22. P. 585–594. https://doi.org/10.1016/0038-0717(90)90002-H
  16. Benoist A., Houle D., Bradley R.L. Bellenge J.-P. Evaluation of biological nitrogen fixation in coarse woody debris from Eastern Canadian boreal forests // Soil Bio-l. Biochem. 2022. V. 165. 108531. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108531
  17. Berg B. Decomposition patterns for foliar litter: A theory for influencing factors // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 78. P. 222–232. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.08.005
  18. Blagodatskaya E.V., Anderson T.H. Interactive effects of pH and substrate quality on the fungal-to-bacterial ratio and qCO2 of microbial communities in forest soils // Soil Biol. Biochem. 1998. V. 30. P. 1269–1274. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(98)00050-9
  19. Blagodatsky S.A., Heinemeyer O., Richter J. Estimating the active and total soil microbial biomass by kinetic respiration analysis // Biology and Fertility of Soils. 2000. V. 32. P. 73–81. https://doi.org/10.1007/s003740000219
  20. Chen J., Heikkinen J., Hobbie E.A., Rinne-Garmston (Rinne) K.T., Penttila R., Mäkipää R. Strategies of carbon and nitrogen acquisition by saprotrophic and ectomycorrhizal fungi in Finnish boreal Picea abies-dominated forests // Fungal Biology. 2019. V. 123. P. 456–454. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2019.03.005
  21. Dossa G.G.O., Yang Y.-Q., Hu W., Paudel E., Schaefer D., Yang Y.-P., Cao K.-F., Xu J.-C., Bushley K.E., Harrison R.D. Fungal succession in decomposing woody debris across a tropical forest disturbance gradient // Soil Biol. Biochem. 2021. V. 155. P. 108142. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108142
  22. Harmon M.E., Franklin J.F., Swanson F.J., Sollins P., Gregory S.V., Lattin J.D., Anderson N.H. et al. Ecology of coarse woody debris in temperate ecosystems // Adv. Ecological Res. 1986. V. 15. P. 133–276. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(08)60121-X
  23. Lajtha K. Nutrient retention and loss during ecosystem succession: revisiting a classic model // Ecology. 2020. V. 101. P. e02896. https://doi.org/10.1002/ecy.2896
  24. Leppanen S.M., Salemaa M., Smolander A., Mäkipää R., Tiirola M. Nitrogen fixation and methanotrophy in forest mosses along a N deposition gradient // Environmental and Experimental Botany. 2013. V. 90. P. 62–69. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2012.12.006
  25. Mäkipää R., Leppänen S.M., Munoz S.S., Smolander A., Tiirola M., Tuomivirta T., Fritze H. Methanotrophs are core members of the diazotroph community in decaying Norway spruce logs // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 120. P. 230–232. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.02.012
  26. Mukhortova L., Pashenova N., Meteleva M., Krivobokov L., Guggenberger G. Temperature Sensitivity of CO2 and CH4 Fluxes from Coarse Woody Debris in Northern Boreal Forests // Forests. 2021. V. 12. P. 624. https://doi.org/10.3390/f12050624
  27. Prosser J.I., Bohannan B.J.M., Curtis T.P., Ellis R.J., Firestone M.K., Freckleton R.P., Green J.L., Green L.E. et al. The role of ecological theory in microbial ecology // Nature Rev. Microbiol. 2007. V. 5. P. 384–392. https://doi.org/10.1038/nrmicro1643
  28. Salemaa M., Lindroos A.-J., Merilä P., Mäkipää R., Smolander A. N2 fixation associated with the bryophyte layer is suppressed by low levels of nitrogen deposition in boreal forests // Sci. Total Environ. 2019. V. 653. P. 995–1004. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.364
  29. Stokland J.N. Volume increment and carbon dynamics in boreal forest when extending the rotation length towards biologically old stands // Forest Ecology and Management. 2016. V. 488. P. 119017. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119017
  30. Stokland J.N., Sitonen J., Jonsson B.G. Biodiversity in Dead Wood. Cambridge: Cambridge University Press. 2012. https://doi.org/10.1017/CBO9781139025843
  31. Shorohova E., Kapitsa E. The decomposition rate of non-stem components of coarse woody debris (CWD) in European boreal forests mainly depends on site moisture and tree species // Eur. J. Forest Res. 2016. V. 135. P. 593–606. https://doi.org/10.1007/s10342-016-0957-8
  32. Shorohova E., Kapitsa E., Kuznetsov A., Kuznetsova S., Lopes de Gerenyu V., Kaganov V., Kurganova I. Coarse woody debris density and carbon concentration by decay classes in mixed montane wet tropical forests // Biotropica. 2022. V. 54. P. 635–644. https://doi.org/10.1111/btp.13077
  33. Vek V., Poljanšek I., Humar M., Willför S., Oven P. In vitro inhibition of extractives from knotwood of Scots pine (Pinus sylvestris) and black pine (Pinus nigra) on growth of Schizophyllum commune, Trametes versicolor, Gloeophyllum trabeum and Fibroporia vaillantii // Wood Science and Technology. 2020. V. 54. P. 1645–1662. https://doi.org/10.1007/s00226-020-01229-7
  34. Wu C., Prescott C.E., Shua C., Li B., Zhang Zh., Wang H., Zhang Y., Yuanqiu Liu Y., Wang G.G. Forest Fragmentation Slows the Decomposition of Coarse Woody Debris in a Subtropical Forest // Forest Science. 2021. V. 67. P. 682–693. https://doi.org/10.1093/forsci/fxab035
  35. Wu C., Zhang Z., Shu C., Mo O., Wang H., Kong F., Zhang Y., Wang G.G., Liu Y. The response of coarse woody debris decomposition and microbial community to nutrient additions in a subtropical forest // Forest Ecology and Management. 2020. V. 460. P. 117799. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2019.117799

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (534KB)
Метаданные

© И.В. Евдокимов, Н.В. Костина, С.С. Быховец, А.В. Кураков, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах