Е.М. Волкова, Е.В. Акатова, Н.С. Дубинина, О.А. Леонова The transformation of plant remains in different types of mires in north-eastern part of Middle-Russian Upland
E.M. Volkova, E.V. Akatova, N.S. Dubinina, O.A. Leonova
Тульский государственный университет convallaria@mail.ru
Ключевые слова: торф, микрофлора, ферментативная активность.
Key words: peat, microflora, enzyme activities.
Интенсивность трансформации отмерших растительных остат- ков определяет скорость вертикального прироста торфяных отложе- ний болот. Этот показатель зависит от комплекса абиотических факто- ров, среди которых наиболее важными являются степень обводнения и кислотность, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов. От обилия и активности грибов и бактерий [4] зависит степень разложе- ния торфа, запасы углерода в залежах, эмиссия углекислоты, метана и других газов с болот. Это означает, что микробный компонент играет важную роль в функционировании болотных экосистем и углеродном балансе [5]. На Среднерусской возвышенности микробиологические исследования торфяных отложений проводились на разных типах бо- лот: пойменных, террасных и водораздельных [2, 3].
Результаты показали, что богатое водно-минеральное питание пойменных и некоторых водораздельных болот способствует форми- рованию евтрофной растительности, при отмирании которой, в ус- ловиях сезонного снижения УБВ, образуются торфяные отложения с высокой численностью микроорганизмов. Их активная жизнедея- тельность обеспечивает интенсивное разложение растительных остат- ков. В результате формируются торфа с высокой степенью разложения и объемным весом, а также низкой влажностью и влагоемкостью.
Бедное водно-минеральное питание болот, образованных на тер- расах и склонах водоразделов, подстилаемых зандровыми отложения- ми, является причиной их быстрого перехода к мезо- и олиготрофным этапам развития. Это сопровождается поселением сфагновых мхов и формированием кислой среды. В таких условиях деятельный горизонт торфяной залежи характеризуется низким обилием микроорганизмов, что коррелирует с образованием слаборазложенных торфов, которым свойственна высокая влажность, влагоемкость и низкий объемный вес.
31 Как видно, от состояния микробных комплексов зависят многие свойства торфа, которые, в свою очередь, определяют интенсивность прироста болот. Данный показатель существенно отличается на боло- тах разных типов [1] и отражает особенности их функционирования на разных этапах развития. Для понимания специфики торфообразова- тельного процесса в настоящее время и роли в нем микроорганизмов были проведены полевые и лабораторные эксперименты.
Полевой эксперимент был проведен в следующих сообще- ствах: Alnus glutinosa–Athyrium filix-femina+Thelypteris palustris, Betula pubescens–Phragmites australis, Betula pubescens–Sphagnum centrale, Betula pubescens–Menyanthes trifoliata–Sphagnum riparium, Rhynchospora alba–Sphagnum angustifolium+S. fallax и Oxycoccus palustris+Sphagnum angustifolium+S. magellanicum. В торфяные от- ложения указанных сообществ (черноольховый, травяной, древес- но-сфагновый, травяно-сфагновый низинные; осоково-сфагновый и сфагновый переходные торфа соответственно) на глубину 5–7 см были заложены образцы хлопчатобумажного субстрата. Экспозиция составила 4 месяца. Анализ результатов эксперимента показал, что степень разложения (% потери массы) субстрата различна. Наиболее активно процессы разложения протекали в черноольховом и травя- ном низинном торфах, где изменения массы субстрата составили 78 и 65%. В древесно-травяном и травяно-сфагновом низинных торфах убыль массы оказалась существенно ниже – 20 и 31% соответствен- но. Переходные торфа, характеризующиеся высокой влажностью и кислой средой, обладают наиболее низкой целлюлозоразрушающей активностью, поскольку потеря массы субстрата в осоково-сфагновом торфе не превысила 15%, а в сфагновом составила 1.5%. Полученные результаты свидетельствуют о снижении интенсивности разложения органического вещества в переходных торфах по сравнению с низин- ными. Это означает, что в мезо- и олиготрофных ценозах процесс ак- кумуляции растительных остатков, а значит, и прирост торфа, проте- кает активнее.
Для подтверждения данной гипотезы был заложен лабораторный эксперимент, в ходе которого в черноольховый, травяной, осоковый, древесно-сфагновый, травяно-сфагновый низинные и сфагновый пе- реходный торфа были заложены образцы х/б ткани, тростника и те- липтериса. Через 4 месяца в образцах также определили изменения массы и провели анализ численности микроорганизмов. Результаты показали, что наиболее активно разлагается х/б субстрат в низинных торфах (потеря массы составила от 95 до 100%), в сфагновой пере- ходном торфе показатели минимальны – 13%. Сравнение результатов полевого и лабораторного экспериментов свидетельствует об увели- чении степени разложении х/б субстрата в условиях лаборатории, что связано со стабильностью температурного режима.
Телиптерис также активно разлагался в низинных торфах, одна- ко потеря массы несколько ниже – от 75 до 94%. Тростник, благодаря лигнификации тканей, оказался более устойчивым – убыль исходной массы составила, в среднем, 65% (от 48 до 97%). Различия в интен- сивности трансформации субстратов обусловлены доступностью их структур для вселения микрорганизмов.
Отличия между видами/типами торфов определяются разным титром микроорганизмов – наиболее низкие показатели общего ми- кробного числа (ОМЧ), численности грибов (Г) и актиномицет (А) от- мечены в переходном торфе: 1.1*106, 3.5*104, 1*105 КОЕ/г торфа соот- ветственно. В низинных торфах показатели увеличиваются: ОМЧ – до 4.3*108, Г – до 1.9*105, А – до 8.8*108 КОЕ/г торфа. Следует отметить, что, в целом, в структуре микробных комплексов доминирует прока- риотная составляющая (актиномицеты) – именно эта группа микро- организмов является основным деструктором на первых этапах транс- формации растительных остатков.
Жизнедеятельность микроорганизмов в торфах различного со- става и происхождения может быть проиллюстрирована фермента- тивной активностью. Например, изучение ферментативной каталаз- ной активности в переходных и низинных торфах позволило выявить существенные отличия между ними. Активность каталазы в торфах низинного типа характеризуется наиболее высокими значениями, до- стигая максимальных показателей в хвощовом и тростниковом торфах (131 и 155 млО2/2мин/г соответственно). Низкое содержание микроор- ганизмов в сфагновом переходном торфе коррелирует с показателями каталазной активности (11.8 млО2/2мин/г).
Таким образом, различия в содержании и активности микроор- ганизмов в различных видах и типах торфа влияют на интенсивность разложения отмерших растительных остатков, что влияет на комплекс показателей функционирования болот.
Литература
1. Волкова Е.М. Болота Среднерусской возвышенности: генезис, структур- но-функциональные особенности и природоохранное значение / Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. биол. наук. СПб. 2018. 46 с.
2. Волкова Е.М., Головченко А.В., Самощенкова Н.В., Музафаров Е.Н. Ми- кробиологическая характеристика торфов Тульской области // Изв. ТулГУ. Есте- ственные науки. 2010. Вып. 1. С. 204–214.
3. Головченко А.В., Волкова Е.М. Численность, запасы и структура микроб- ных комплексов низинных торфяников Тульской области // Матер. 5 науч. школы
«Болота и биосфера». Томск. 2006. С. 158–161.
4. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: Ака- демкнига. 2002. 281 с.
5. Ольчев А.В., Волкова Е.М., Каратаева Т.А., Новенко Е.Ю. Нетто СО2- обмен и испарение сфагнового болота в зоне широколиственных лесов Европей- ской России // Изв. ТулГУ. Естественные науки. 2012. Вып. 3. С. 207–220.
33