Изменение микробных и ферментативных показателей почв в различных почвенно-климатических зонах Ханты-Мансийского автономного округа Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 579.69

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОБНЫХ И ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЧВ В РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОНАХ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА

© 2014 А.И. Фахрутдинов, Т.Д. Ямпольская

Сургутский государственный университет ХМАО-Югры

Поступила в редакцию 12.05.2014

Продолжена работа по оценке изменения численности различных эколого-трофических групп микроорганизмов и по оценке ферментативной активности почв в условиях разнообразного углеводородного загрязнения. Показана глубокая и разнообразная взаимосвязь физиологических и биохимических процессов с активностью исследованных групп микроорганизмов и ферментов с изменением почвенно-климатических особенностей различных районов округа.

Ключевые слова: почвенные микроорганизмы, эколого-трофические группы, почвенные ферменты, каталаза, дегидрогеназа, инвертаза, уреаза

Многообразие физиологических и биохимических процессов почвенных биоценозов формируется взаимоотношением различных микробных эколого-трофических групп, в условиях изменения внешних факторов, и проявляется в изменении численности микроорганизмов и динамикой почвенных ферментов. Почвенно-климатические условия и различные антропогенные нагрузки предопределяют протекания биологических процессов в почвах округа, формируя разнообразные уровни функционирования экосистем во всех географических участках округа.

Исследования продолжались на протяжении 2012-13 гг. на ранее использованных мониторинговых площадках, охватывающих всю территорию округа [1, 2]. В работе изложены материалы по западной, северной, южной, восточной и центральной точкам. Микробоценоз оценивался посредством общего микробного числа (ОМЧ) на МПА, численности углеводородокис-ляющих микроорганизмов (УОМ) на среде Кинга, микромицетов на среде Чапека, спорообра-зующих на МПА + сусло. В работе исследовалась динамика активность опорных ферментов: каталазы, дегидрогеназы, инвертазы и уреазы общепринятыми методами [3].

Малоснежная зима 2011-12 гг. вызвала низкий уровень воды в бассейне р.Оби, который

Фахрутдинов Айвар Инталович, кандидат биологических наук, доцент кафедры микробиологии. E-mail: [email protected]

Ямпольская Татьяна Даниловна, кандидат биологических наук, доцент. E-mail: [email protected]

в сочетании с продолжительным жарким летом определило низкий уровень полевой влажности. Сезон характеризовался небывалым количеством лесных пожаров. Значимые дождевые осадки произошли в конце сентября начале октября [4]. Погодные условия 2013 г. были близки к средним многолетним показателям, что определило нормальное протекание всего многообразия почвенных процессов [5]. Снижение активности почвенного микробоценоза нарушенного (уровень нефтяного загрязнения 6,67 г/кг) и ненарушенного участков центральной точки характеризуются привязанностью к погодным условиям в оба сезона исследований в диапазоне 921 х 10б клеток (рис. 1). Высокая динамика в 2012 г. обусловлена благоприятными погодными условиями.

Подобная динамика общей микробной активности выявлена во всех остальных представленных зонах, за исключением северной (рис. 2). В северной точке с загрязнением нефтепродуктами 2,75 г/кг выявлено смещение ряда показателей в сезоне 2012 г., в частности численности микроорганизмов: от 0,4 до 1,0х10б клеток, чему способствовало изменение питательного и водно-воздушного режимов из-за больших осадков в летний период. Засушливое лето 2012 г. не оказало существенного влияния на ненарушенные и нарушенные почвы восточной точки, с загрязнением до 1,5 г/кг (мазут, масло, дизельное топливо), с численностью микроорганизмов до 5-6х10б клеток. Причиной этому вероятно послужило влияние влажных воздушных масс из бассейна р. Енисей. В микробиоценозах почв

южной точки во всех вариантах выявлена классическая реакция на снижение потенциала почвенной влаги с изменение численности в диапазоне с 19 до 9х10б клеток. Загрязнения газовым

конденсатом с высоким содержанием парафина на уровне 0, 57 г/кг не оказало существенного влияния на протекание биологических процессов.

2012 2013

Рис. 1. Общая микробная активность почв ландшафтов центральной точки

Рис. 2. Общая микробная активность в различных географических зонах округа (на всех рисунках легенда аналогична легенде на рис. 1)

Стабилизирующая и деструктивная активность УОМ, как в ненарушенной, так и загрязненной нефтяными углеводородами почвах, активно реагирует на изменение количества доступной влаги, со снижением численности до 1,5 х103 клеток (рис. 3). В последующем сезоне динамика данной группы укладывается в классические показатели активности, достигая значений 4-4,5х103 клеток в августе - сентябре 2013 г.

Динамика данной группы сходна с показателями центральной зоны, за исключением участка северной и южной зонах (рис. 4), где существенное влияние на численность УОМ оказал температурный и водный режимы, при чем в обоих сезонах исследования. Рост численности УОМ в сезоне 2013 г. достигает нескольких раз, что формирует высокие показатели оптимизации процессов почвенной системы микробоценоза.

Рис. 3. Активность почвенных УОМ почв центральной точки

Рис. 4. Активность почвенных УОМ в различных географических зонах округа

2012 2013

Рис. 5. Активность микромицетов почв центральной точки

Снижение влажности почв в существенной мере сказалось на численности микромицетов, с 3,5-4,5 в начале сезона 2012 г. до 2,0х103 клеток в августе (рис. 5). Осенние осадки способствовали росту численности с высокими показателями

Специфика погодно-климатических условий 2012-13 гг. и особенности физиологии ярко проявились в динамике активности микромице-тов в различных представленных зонах исследования округа (рис. б). Неоднозначное действие этих факторов наблюдается в почвах западного участка; где выявлен активный рост численности в сложных условиях водно-воздушного режима, до значений 1,2-1,6х103 клеток в сентябре-октябре 2012 г. Очевидно, положительно

в октябре-ноябре. В сезоне 2013 г. наблюдалась высокая активность на всем промежутке исследований до 6,0х103 клеток, с отсутствием значимых отличий между естественной и загрязненной почвами.

сказалась влияние грунтовых вод и плотная подстилка, представленная смесью хвойного, лиственного и травянистого опада. В почвах остальных представленных участках округа наблюдалась динамика численности характерная реакция на изменение потенциала почвенной влажности, отличаясь в номинальных показателях динамики в зависимости от географического расположения.

Рис. 6. Активность микромицетов в различных географических зонах округа

Рис. 7. Активность спорообразующих микрофлоры почв центральной точки

Изменение почвенных экологических условий в сезонах исследования нашли отражение в динамике численности спорообразующей микрофлоры (рис. 7). Снижение доступности почвенной влаги привело к росту численности в июле-августе, а последующая стабилизация водного режима вызвало антогонистичекое действие по отношению микробеноза в целом и снижение численности до 1,5 х103 клеток на грамм почвы. Подобная динамика данной эколого-трофической группы микробоценоза наблюдается в различных зонах округа с колебаниями численности в зависимости от их географического расположения.

Ведущие физико-химические свойства, микробиологические процессы в почве, нитрификация, сульфофикация формируют активность оксидоредуктаз. Реакция на существенное изменение физических условий микробоценоза в почвах центральной точки в сезоне 2012 г. нашла свое отражение в снижении каталазой активности до значений 0,6-0,8 см3 О2 на г почвы (рис. 8). В последующем сезоне наблюдается стабилизация динамики фермента, максимальные значения определены в июне, и достигали 1,5 см3 О2 на г почвы.На остальных анализируемых участках округа значения и динамика показателей каталазы находится в зависимости от погодных условий сезонов и географического расположения участка исследования.

2012 2013

Рис. 8. Изменение каталазной активности почв центральной точки

Гидролазы расщепляют высокомолекулярные органические соединения, и инвертазная активность, как показатель вовлечения в биохимические процессы полисахаридов, показала стабильность бактериальной части микробоце-ноза (рис. 9). Наблюдается взаимосвязь с погодными условиями: если минимальные значения инвертазы в 2012 г. определены в период с августа по октябрь, то 2013 г. в начале лета достигали

значений 3,5-4,5 мг глюкозы на г почвы в сутки. Напряженная ситуация с доступностью почвенной влаги определили сходные по динамике показатели инвертазной активности по всему округу. Исключение составили почвы западного участка, где наблюдался значимый рост инвертазы, что вызвано избытком мотрмассы в верхнем горизонте.

Рис. 9. Изменение инвертазной активности почв центральной точки

Активность дегидрогеназ рассматривается как показатель жизнедеятельности микроорганизмов и трансформации органического вещества почвы. Показатели дегидрогеназы в 2012 г. на контрольных реагируют на изменение влажности в осенний период с увеличением с 0,5-0,6 до 0,9-1,0 мг ТТФ на 10 г. почвы (рис. 10). Показатели активности данного фермента по другим участкам в сезонах исследований 2012-2013 гг. показывают привязанность почвенной системы к изменению состояния водно-воздушного режима

почв вне наличия и характера нарушения. Значения активности дегидрогеназы во всех вариантах опыта варьируются в широком диапазоне от 0,5 до 3,0 мг ТТФ на 10 г. почвы. Активность дегидрогеназ рассматривается как показатель жизнедеятельности микроорганизмов и трансформации органического вещества почвы. Показатели дегидрогеназы в 2012 г. на контрольных реагируют на изменение влажности в осенний период с увеличением с 0,5-0,6 до 0,9-1,0 мг ТТФ на 10 г. почвы (рис. 10).

Рис. 10. Изменение дегидрогеназной активности почв центральной точки

Показатели активности данного фермента по другим участкам в сезонах исследований 2012-2013 гг. показывают привязанность почвенной системы к изменению состояния водно-воздушного режима почв, вне наличия и характера нарушения. Значения активности дегидро-геназы во всех вариантах опыта варьируются в широком диапазоне от 0,5 до 3,0 мг ТТФ на 10 г. почвы.

В круговороте азота в почве главную роль играют протеолитические и дезаминирующие ферменты, превращая его в доступные формы для компонентов биологической системы. Динамики уреазы в почвах центральной точки

округа связана со снижением биологической активности в сезоне 2012 г. показатели снизились с 1,5-2,0, в июне, до 0,6-0,8 мг МН3 на г. почвы в мин августе-отябре (рис. 11). Восстановление активности фермента в сезоне 2013 г. показывает высокую потенциальную биохимическую активность биоценоза. Изменение показателей уреазы на остальных представленных участках также имеет четкую закономерность в сравниваемых сезонах, снижение в середине лета 2012 г., с незначительным простом в осени, и высокой активнотью в 2013 г. Значения уреазы по развичным вариантам опыта составил от 0,4 до 2,5 мг КН3 на г. почвы в мин.

Рис. 11. Изменение уреазной активности почв центральной точки

Выводы: представленные результаты показывают влияние абиотических факторов на активность различных составляющих эколого-тро-фических групп микроорганизмов микробоцено- 2. за, отображающееся в разнообразной сезонной реакции и изменении количественных показателях. Динамика исследованных опорных ферментов сформированы изменением физико-химичес- 3. ких и физиологических процессов вследствие разнообразия погодных условий, вне зависимости от характера и уровня загрязнения. 4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

5.

1. Фахрутдинов, А.И. Динамика микробной активности почв центральной части территории Западной Сибири (на примере ХМАО) / А.И. Фахрутдинов,

Т.Д. Ямпольская // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Том 14, №1(8). С. 2072-2076.

Фахрутдинов, А.И. Ферментативная активность почв ХМАО при длительной углеводородной провокации / А.И. Фахрутдинов, Т.Д. Ямпольская // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Том 14, №1(8). С. 2077-2081. Звягинцев, Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии: учебное пособие. - М.: МГУ, 1991. 304 с.

Доклад об экологической ситуации в ХМАО-Югре в 2011 году / Департамент экологии ХМАО-Югры, ООО «Печатное дело», 2012. 138 с. Доклад об экологической ситуации в ХМАО-Югре в 2012 году Департамент экологии ХМАО-Югры, ООО «Печатное дело», 2013. 177 с.

CHANGE THE MICROBIC AND ENZYMATIC INDICATORS OF SOILS IN VARIOUS SOIL-CLIMATIC ZONES OF KHANTY-MANSI AUTONOMOUS DISTRICT

© 2014 A.I. Fakhrutdinov, T.D. Yampolskaya Surgut State University of Khanty-Mansi Autonomous District-Yugra

Work on assessment the change of number of various ecological trophic groups of microorganisms and according to enzymatic activity of soils in the conditions of various hydrocarbonic pollution is continued. The deep and various interrelation of physiological and biochemical processes with activity of the studied groups of microorganisms and enzymes with change of soil and climatic features of various areas of the district is shown.

Key words: soil microorganisms, ecological trophic groups, soil enzymes, catalase, dehydrogenase, unvertase, urease

Ayvar Fakhrutdinov, Candidate of Biology, Associate Professor at the Micribiology Department. E-mail: fachrutdinov_a_i@mail. ru Tatiana Yampolskaya, Candidate of Biology, Associate Professor. E-mail: yampolska0105@mail. ru