Дыхательная активность и биоразнообразие микробиомов подзолистых почв постпирогенных еловых лесов Красноярского края и Республики Коми

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены данные по микробиологическим свойствам подзолистых почв (Retisols) старовозрастных еловых лесов на территории средней тайги Красноярского края и Республики Коми. Несмотря на различное географическое положение, почвы этих регионов характеризуются близкими морфологическими и физико-химическими свойствами. В почвах ельников Республики Коми и Красноярского края не обнаружено достоверной разницы в накоплении микробной биомассы и скорости микробного дыхания. Однако содержание в почвах углерода и азота, а также микробной биомассы оказывало значимое влияние на качественный состав микробиомов пирогенных и непирогенных горизонтов почв. Отмечено существенное влияние пирогенного фактора на α-разнообразие бактерий и грибов. Показано, что при освоении органического вещества с наличием пирогенного углерода активно участвуют представители доминантных фил бактерий (Proteobacteria, Actinobacteria и Planctomycetes) и грибов (Ascomycota, Basidiomycota и Mucoromycota). В состав микробиомов верхних пирогенных подгоризонтов входят группы карботрофных бактерий (Thermomonosporaceae, Isosphaeraceae, Bacillaceae, Xanthobacteraceae) и грибов из классов Dothideomycetes (р. Cenococcum), E-urotiomycetes (р. Penicillium), Sordariomycetes (р. Trichoderma), Leotiomycetes (р. Oidiodendron), Umbelopsidomycetes (р. Umbelopsis), которые способны к преобразованию продуктов пиролиза в доступные и нетоксичные субстраты для других организмов.

Об авторах

И. Д. Гродницкая

Институт леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: igrod@ksc.krasn.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/28; Россия, 600041, Красноярск, пр. Свободный, 79

О. Э. Пашкеева

Институт леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: igrod@ksc.krasn.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/28

В. В. Старцев

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: igrod@ksc.krasn.ru
Россия, 167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28

А. А. Дымов

Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН; МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: igrod@ksc.krasn.ru
Россия, 167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28; Россия, 119991, Москва, Ленинские горы

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.
  2. Богородская А.В., Кукавская Е.А., Каленская О.П., Буряк Л.В. Микробиологическая оценка состояния почв хвойных лесов Средней Сибири после пожаров разной интенсивности // Лесоведение. 2019. № 2. С. 138–156. https://doi.org/10.1134/S0024114819010030
  3. Воздействие пожаров на компоненты экосистемы среднетаежных сосняков Сибири. Новосибирск: Наука, 2014. 232 с.
  4. Гладков Г.В.,Чебыкина Е.Ю., Евдокимова Е.В., Иванова Е.А., Кимеклис А.К., Зверев А.О., Кичко А.А., Андронов Е.Е., Абакумов Е.В. Восстановление почвенного микробиома в различных почвенных горизонтах после верхового и низового лесных пожаров // Экологическая генетика. 2020. Т. 18. № 3. С. 343–356.
  5. Гродницкая И.Д., Карпенко Л.В., Сырцов С.Н., Прокушкин А.С. Микробиологические особенности и стратиграфия торфов двух типов болот северной части Сым-Дубчесского междуречья (Красноярский край) // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2018. № 2. С. 179–190.
  6. Гродницкая И.Д., Карпенко Л.В., Пашкеева О.Э., Гончарова Н.Н., Старцев В.В., Батурина О.А., Дымов А.А. Влияние лесных пожаров на микробиологические свойства торфяных олиготрофных почв и торфяно-подзолов глеевых в болотах северной части Сым-Дубческого междуречья (Красноярский край) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 454–468.
  7. Дымов А.А., Дубровский Ю.А., Габов Д.Н., Жангуров Е.В., Низовцев Н.А. Влияние пожара в северотаежном ельнике на органическое вещество почвы // Лесоведение. 2015. № 1. С. 52–62.
  8. Дымов А.А. Сукцессии почв в бореальных лесах Республики Коми. М.: ГЕОС, 2020. 336 с. https://doi.org/10.34756/GEOS.2020.10.37828
  9. Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Республики Коми. Сыктывкар: Коми книжное издательство, 1975. 343 с.
  10. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  11. Красильников П.В. Устойчивые соединения углерода в почвах: происхождение и функции // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1131–1144. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090075
  12. Лесные экосистемы Енисейского меридиана / Под ред. Плешикова Ф.И. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 356 с.
  13. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М: Изд-во МГУ, 1991. 303 с.
  14. Медведева М.В., Бахмет О.Н., Ананьев В.А., Мошников С.А., Мамай А.В., Мошкина Е.В., Тимофеева В.В. Изменение биологической активности почв в хвойных насаждениях после пожара в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2020. № 6. С. 560–574. https://doi.org/10.31857/S0024114820060066
  15. Осипов А.Ф., Старцев В.В., Прокушкин А.С., Дымов А.А. Запасы углерода в основных типах лесных почв и древесных пород Красноярского края // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 1. (в печати)
  16. Руднева Е.Н., Забоева И.В., Урусевская И.С. Почвенно-географическое районирование центральной и восточной частей европейской территории СССР // Подзолистые почвы центральной и восточной частей европейской территории СССР. Л.: Наука, 1981. 200 с.
  17. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Воробьевой Л.А. М., 2006. 400 с.
  18. Хабибуллина Ф.М., Кузнецова Е.Г., Васенева И.З. Микромицеты подзолистых и болотно-подзолистых почв в подзоне средней тайги на Северо-Востоке Европейской части России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1228. https://doi.org/10.7868/S0032180X14100049
  19. 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. № 3. P. 314–322.
  20. Bates S.T., Berg-Lyons D., Caporaso J.G., Walters W.A., Knight R., Fierer N. Examining the global distribution of dominant archaeal populations in soil // ISME J. 2010. V. 5. P. 908–917.
  21. Bolger A.M., Lohse M., Usadel B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data // Bioinformatics. 2014. V. 30(15). P. 2114–2120.
  22. Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K., Fierer N. et al. QIIME allows analysis of high through put community sequencing data // Nature Methods. 2010. V. 7(5). P. 335–336. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.303
  23. Comeau A.M., Li W.K.W., Tremblay J-E., Carmack E.C., Lovejoy C. Arctic Ocean Microbial Community Structure before and after the 2007 Record Sea Ice Minimum // PLoS ONE. 2011. V. 6(11). P. e27492. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0027492
  24. Dedysh S.N., Ivanova A.A. Planctomycetes in boreal and subarctic wetlands: Diversity patterns and potential ecological functions // FEMS Microbiol Ecol. 2019. 95(2). https://doi.org/10.1093/femsec/fiy227
  25. Dymov A.A., Gorbach N.M., Goncharova N.N., Karpenko L.V., Gabov D.N., Kutyavin I.N., Startsev V.V., Mazur A.S., Grodnitskaya I.D. Holocene and recent fires influence on soil organic matter, microbiological and physico-chemical properties of peats in the European North-East of Russia // Catena. 2022. V. 117. P. 106449. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106449
  26. Guerrero C., Mataix-Solera J., Gómez I., García-Orenes F., Jordán M.M. Microbial recolonization and chemical changes in a soil heated at different temperatures // Int. J. Wildland Fire. 2005. V. 14. P. 385–400.
  27. Khodadad C.L., Zimmerman A.R., Green S.J., Uthandi S., Foster J.S. Taxa-specific changes in soil microbial community composition induced by pyrogenic carbon amendments // Soil Biol. Biochem. 2011 V. 43(2). P. 385–392. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2010.11.005
  28. Knicker H. How does fire affect the nature and stability of soil organic nitrogen and carbon? A review // Biogeochemistry. 2007. V. 85 P. 91–118. https://doi.org/10.1007/s10533-007-9104-4
  29. Lehmann J., Liang B., Solomon D., Lerotic M., Luizão F., Kinyangi J., Schafer T., Wirick S., Jacobsen C. Near-edge X-ray absorption fine structure NEXAFS) spectroscopy for mapping nano-scale distribution of organic carbon forms in soil: Application to black carbon particles, Global Biogeochem. Cycles. 2005. V. 19. P. GB1013. https://doi.org/10.1029/2004GB002435
  30. Mataix-Solera J., Guerrero C., García-Orenes F., Bárcenas G.M., Torres M.P. Forest fire effects on soil microbiology // Fire Effects on Soils and Restoration Strategies. Eds. A. Cerdà Science Publishers: Enfield, 2009. P. 133–175.
  31. McMurdie P.J., Holmes S. phyloseq: An R Package for Reproducible Interactive Analysis and Graphics of Microbiome Census Data // PLoS ONE. 2013. V. 8(4). P. e61217. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061217
  32. Osipov A.F., Bobkova K.S., Dymov A.A. Carbon stocks of soils under forest in the Komi Republic of Russia // Geoderma Regional. 2021. V. 27. P. e00427. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2021.e00427
  33. Pandey A., Chaudhry Sh., Sharma A., Choudhary V.S., Malviya M.K., Chamoli S., Rinu K., Trivedi P., Palni L.M.S. Recovery of Bacillus and Pseudomonas spp. from the ‘Fired Plots’ Under Shifting Cultivation in Northeast India // Current Microbiology. 2011. V. 62. P. 273–280. https://doi.org/10.1007/s00284-010-9702-6
  34. Pietikäinen J., Hiukka R., Fritze H. Does short-term heating of forest humus change its properties as a substrate for microbes? // Soil Biol. Biochem. 2000. V. 32. P. 277–288.
  35. Preston C.M., Schmidt M.W.I. Black (pyrogenic) carbon: A synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions // Biogeosciences. 2006. V. 3(4). P. 397–420. https://doi.org/10.5194/bg-3-397-2006
  36. Quast C., Pruesse E., Yilmaz P., Gerken J., Schweer T., Yarza P., Peplies J., Glöckner F.O. The SILVA ribosomal RNA gene database project: improved data processing and web-based tools. 2013.
  37. Sparling G.T. The substrate-induced respiration method // Methods in applied soil microbiology and biochemistry. Academic Press, 1995. P. 397–404.
  38. Startsev V.V., Yakovleva E.V., Kutyavin I.N., Dymov A.A. Fire Impact on Carbon Pools and Basic Properties of Retisols in Native Spruce Forests of the European North and Central Siberia of Russia // Forests. 2022. V. 13. P. 1135. https://doi.org/10.3390/f13071135
  39. Sun H., Santalahti M., Pumpanen J., Köster K., Berninger F., Raffaello T., Asiegbu F.O., Jussi Heinonsalo J. Bacterial community structure and function shift across a northern boreal forest fire chronosequence // Sci Rep. 2016. V. 6. P. 32411. https://doi.org/10.1038/srep32411
  40. World Reference Base for Soil Resources 2014, International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps, World Soil Res. Rep. no. 106, update 2015. FAO, Rome. www.fao.org
  41. Wright E.S. Using DECIPHER v2.0 to Analyze Big Biological Sequence Data in R. // The R J. 2016. 8(1), 352–359. https://doi.org/10.1007/BF02927260
  42. http://web.uri.edu/gsc/files/16s-metagenomic-library-prep-guide-15044223-b.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (124KB)
Метаданные
3.

Скачать (142KB)
Метаданные
4.

Скачать (45KB)
Метаданные
5.

Скачать (149KB)
Метаданные

© И.Д. Гродницкая, О.Э. Пашкеева, В.В. Старцев, А.А. Дымов, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».