Микробная биомасса и ферментативная активность целинных и пахотных почв как показатели физиологического состояния микробных сообществ
- Авторы: Чернышева Е.В.1, Дущанова К.С.1, Хомутова Т.Э.1, Борисов А.В.1
-
Учреждения:
- Пущинский научный центр биологических исследований РАН, Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения
- Выпуск: Том 143, № 4 (2023)
- Страницы: 403-416
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0042-1324/article/view/138986
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0042132423040051
- EDN: https://elibrary.ru/DHCFMW
- ID: 138986
Цитировать
Аннотация
Проведено исследование биомассы и ферментативной активности почв естественных и антропогенно преобразованных экосистем. Исследованы катены целинных серых почв и черноземов заповедника “Белогорье” и катены пахотных почв в однотипных геоморфологических и литологических условиях. Изучена активность ферментов, участвующих в циклах углерода (β-глюкозидаза и ксилозидаза), азота (хитиназа) и фосфора (кислая и щелочная фосфатаза). Установлено, что уменьшение микробной биомассы почв в результате распашки не сопровождается эквивалентным уменьшением ферментативной активности почвы. Выявленная специфика ферментативной активности почв разных типов указывает на различия в структуре микробного сообщества почв и фитоценоза. Определены закономерности изменений ферментативной активности почв на водораздельных участках, в транзитной и аккумулятивной частях катен. Рассчитаны значения удельной, то есть приведенной к единице микробной биомассы, активности ферментов. Полученные закономерности изменения удельной ферментативной активности пахотных почв свидетельствуют о том, что, несмотря на потерю органического вещества и на уменьшение микробной биомассы в результате распашки, физиологическая эффективность микробного сообщества агрочернозема выше, чем в целинной почве. Высокая удельная ферментативная активность в пахотных почвах обусловлена большей скоростью продуцирования ферментов при смене режима землепользования.
Об авторах
Е. В. Чернышева
Пущинский научный центр биологических исследований РАН, Институт физико-химическихи биологических проблем почвоведения
Автор, ответственный за переписку.
Email: e.chernyysheva@yandex.ru
Россия, Пущино
К. С. Дущанова
Пущинский научный центр биологических исследований РАН, Институт физико-химическихи биологических проблем почвоведения
Email: e.chernyysheva@yandex.ru
Россия, Пущино
Т. Э. Хомутова
Пущинский научный центр биологических исследований РАН, Институт физико-химическихи биологических проблем почвоведения
Email: e.chernyysheva@yandex.ru
Россия, Пущино
А. В. Борисов
Пущинский научный центр биологических исследований РАН, Институт физико-химическихи биологических проблем почвоведения
Email: e.chernyysheva@yandex.ru
Россия, Пущино
Список литературы
- Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. 487 с.
- Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 295 с.
- Дущанова К.С., Украинский П.А., Каширская Н.Н. и др. Биомасса и функциональное разнообразие микробных сообществ в катенах целинных и пахотных серых почв и черноземов // Почвоведение. 2023. (в печати)
- Игнатенко О.С., Собакинский В.Д. Некоторые итоги охраны растительности Стрелецкой степи // Эколого-ценотические и географические особенности растительности (к 100-летию В.В. Алехина) / Ред. А.Г. Воронов, Г.И. Дохман. М.: Наука, 1983. С. 99–106.
- Касаткина Г.А., Федорова Н.Н., Русаков А.В. Почвы и почвенный покров заповедника “Белогорье” // Вестн. СПбГУ. 2012. № 1. Сер. 3. Биол. С. 121–138.
- Лысак Л.В., Семенова Н.А., Буланкина М.А. и др. Бактерии в окультуренных почвах монастырей таежно-лесной зоны // Почвоведение. 2004. № 8. С. 976–985.
- Масютенко Н.П., Нагорная О.В., Лукьянчикова О.В. Влияние удобрений, типа севооборота, экспозиции склона и вида угодий на динамику содержания микробной биомассы в черноземе типичном // Агрохимия. 2009. № 5. С. 49–54.
- Мостовая А.С., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О. и др. Изменение микробиологической активности серых лесных почв в процессе естественного лесовосстановления // Вестн. Воронеж. ГУ. Сер. Хим. Биол. Фарм. 2015. № 2. С. 64–72.
- Пастухов А.В., Кноблаух К., Яковлева Е.В., Каверин Д.А. Маркеры трансформации органического вещества в мерзлотных бугристых болотах на Европейском Северо-Востоке // Почвоведение. 2018. № 1. С. 48–61.
- Русаков А.В. Почвы и почвенный покров Ямской степи. СПб.: СПбГУ, 2012. 216 с.
- Собина А.С., Хачиков Э.А., Шмараева А.Н. и др. Биологическая активность чернозема обыкновенного через 5 лет после прекращения агрогенной обработки // Агрохим. вестн. 2022. № 1. С. 22–26.
- Счастная Л.С., Касаткина Г.А. Почвенно-географические исследования в заповеднике “Лес на Ворскле” – “Белогорье” // Вестн. СПбГУ. Сер. 3. Биол. 2006. № 1. С. 81–87.
- Теории и методы физики почв / Ред. Е.В. Шеин, Л.О. Карпачевский. М.: Гриф и К, 2007. 616 с.
- Украинский П.А., Щербаков К.В. Эрозионный рельеф участка Ямская степь (природный заповедник “Белогорье”) // Науки о земле. 2014. № 1–2. С. 84–91.
- Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М.: Наука, 1982. 204 с.
- Хомутова Т.Э., Демкин В.А. Оценка биомассы микробных сообществ почв сухих степей по содержанию в них фосфолипидов // Почвоведение. 2011. № 6. С. 748–754.
- Beheshti A., Raiesi F., Golchin A. Soil properties, C fractions and their dynamics in land use conversion from native forests to croplands in northern Iran // Agric. Ecosyst. Environ. 2012. V. 148. P. 121–133.
- Bergstrom D.W., Monreal C.M., Millette J.A., King D.J. Spatial dependence of soil enzyme activities along a slope // Soil Sci. Soc. Am. J. 1998. V. 62. P. 1302–1308.
- Bittman S., Forge T.A., Kowalenko C.G. Responses of the bacterial and fungal biomass in a grassland soil to multi-year applications of dairy manure slurry and fertilizer // Soil Biol. Biochem. 2005. V. 37. P. 613–623.
- Burns R.G., DeForest J.L., Marxsen J. et al. Soil enzymes in a changing environment: current knowledge and future directions // Soil Biol. Biochem. 2013. V. 58. P. 216–234.
- Cui Y., Bing H., Fang L. et al. Extracellular enzyme stoichiometry reveals the carbon and phosphorus limitations of microbial metabolisms in the rhizosphere and bulk soils in alpine ecosystems // Plant Soil. 2019. V. 458. P. 7–20.
- De Medeiros E.V., De Alcantara Notaro K., De Barros J.A. et al. Absolute and specific enzymatic activities of sandy entisol from tropical dry forest, monoculture and intercropping areas // Soil Till. Res. 2015. V. 145. P. 208–215.
- Deng S., Popova I.E., Dick L., Dick R. Bench scale and microplate format assay of soil enzyme activities using spectroscopic and fluorometric approaches // Appl. Soil Ecol. 2013. V. 64. P. 84–90.
- Dengiz O., Kizilkaya R., Göl C., Hepşen Ş. Effects of different topographic positions on soil properties and soil enzymes activities // As. J. Chem. 2007. V. 19. P. 2295–2306.
- Guan H.L., Fan J.W., Lu X. Soil specific enzyme stoichiometry reflects nitrogen limitation of microorganisms under different types of vegetation restoration in the karst areas // Appl. Soil Ecol. 2022. V. 169. P. 104253.
- Jiang X., Wright A.L., Wang X., Liang F. Tillage-induced changes in fungal and bacterial biomass associated with soil aggregates: a long-term field study in a subtropical rice soil in China // Appl. Soil Ecol. 2011. V. 48. P. 168–173.
- Kivlin S.N., Treseder K.K. Soil extracellular enzyme activities correspond with abiotic factors more than fungal community composition // Biogeochemistry. 2014. V. 117. P. 23–37.
- Lagomarsino A., Benedetti A., Marinari S. et al. Soil organic C variability and microbial functions in a Mediterranean agro-forest ecosystem // Biol. Fertil. Soils. 2011. V. 47. P. 283–291.
- Margenot A.J., Nakayama Y., Parikh S.J. Methodological recommendations for optimizing assays of enzyme activities in soil samples // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 125. P. 350–360.
- Marinari S., Antisari L.V. Effect of lithological substrate on microbial biomass and enzyme activity in brown soil profiles in the northern Apennines (Italy) // Pedobiologia. 2010. V. 53. P. 313–320.
- Nannipieri P., Giagnoni L., Landi L., Renella G. Role of phosphatase enzymes in soil // Phosphorus in action / Eds E. Bünemann, A. Oberson, E. Frossard. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011. P. 215–243.
- Raiesi F., Beheshti A. Soil specific enzyme activity shows more clearly soil responses to paddy rice cultivation than absolute enzyme activity in primary forests of northwest Iran // Appl. Soil Ecol. 2014. V. 75. P. 63–70.
- Rosinger C., Rousk J., Sandén H. Can enzymatic stoichiometry be used to determine growth-limiting nutrients for microorganisms? – A critical assessment in two subtropical soils // Soil Biol. Biochem. 2019. V. 128. P. 115–126.
- Silva E.D., De Medeiros E.V., Duda G.P. et al. Seasonal effect of land use type on soil absolute and specific enzyme activities in a Brazilian semi-arid region // Catena. 2019. V. 172. P. 397–407.
- Sinsabaugh R.L., Moorhead D.L. Resource allocation to extracellular enzyme production: a model for nitrogen and phosphorus control of litter decomposition // Soil Biol. Biochem. 1994. V. 26 (10). P. 1305–1311.
- Sinsabaugh R.L., Lauber C.L., Weintraub M.N. et al. Stoichiometry of soil enzyme activity at global scale // Ecol. Lett. 2008. V. 11. P. 1252–1264.
- Stott D.E., Andrews S.S., Liebig M.A. et al. Evaluation of β-glucosidase activity as a soil quality indicator for the soil management assessment framework // Soil Sci. Soc. Am. J. 2010. V. 74 (1). P. 107–119.
- Tischer A., Blagodatskaya E., Hamer U. Microbial community structure and resource availability drive the catalytic efficiency of soil enzymes under land-use change conditions // Soil Biol. Biochem. 2015. V. 89. P. 226–237.
- Wang M., Ji L., Shen F. et al. Differential responses of soil extracellular enzyme activity and stoichiometric ratios under different slope aspects and slope positions in Larix olgensis plantations // Forests. 2022. V. 13. P. 845.
- Wang Q., Wang S. Response of labile soil organic matter to changes in forest vegetation in subtropical regions // Appl. Soil Ecol. 2011. V. 47. P. 210–216.
- Wickings K., Grandy A.S., Kravchenko A.N. Going with the flow: landscape position drives differences in microbial biomass and activity in conventional, low input, and organic agricultural systems in the Midwestern US // Agric. Ecosyst. Environ. 2016. V. 218. P. 1–10.