1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 6, 2023

Почвоведение, 2023, № 6, стр. 758-773

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

И. Д. Гродницкая a, b, *, О. Э. Пашкеева a, В. В. Старцев c, А. А. Дымов c, d

a Институт леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН
660036 Красноярск, Академгородок, 50/28, Россия

b Сибирский федеральный университет
600041 Красноярск, пр. Свободный, 79, Россия

c Институт биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН
167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, Россия

d МГУ им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, Россия

* E-mail: igrod@ksc.krasn.ru

Поступила в редакцию 19.10.2022
После доработки 06.02.2023
Принята к публикации 07.02.2023

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.

Ключевые слова: подзолистые почвы (Retisols), старовозрастные ельники, микробиомы, пирогенные и непирогенные горизонты, биоразнообразие прокариот и грибов

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал