ЛЕСОВЕДЕНИЕ. 2017. № 5. С. 111-127


МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ УГЛЕРОДА СН4 и СО2 В КРИОГЕННЫХ ПОЧВАХ ТУНДРОВЫХ И ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ
И. Д. Гродницкая1, С. Ю. Евграфова1, Г. И. Антонов1, С. Н. Сырцов1,2 , Д. Е. Александров1, М. Ю. Трусова3, Н. В. Коробан4
1Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН,
Россия, 660036 Красноярск, Академгородок, 50/28
E-mail: igrod@ksc.krasn.ru
2“Информационно-методический центр по экспертизе, учету и анализу обращения средств медицинского применения” федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения
Россия, 660050, Красноярск, ул. Кутузова 1, стр. 1
3Институт биофизики СО РАН,
Россия, 660036 Красноярск, Академгородок, 50/50
4ООО “Рош Диагностика Рус”,
Россия, 115114, Москва, ул. Летниковская, дом 2, стр. 2


Поступила в редакцию 5 апреля 2016 г.


Проведены исследования структуры, динамики и функциональной (биогеохимической) активности микробных комплексов криогенных почв лиственничников Центральной Эвенкии и полигональной тундры дельты р. Лена (остров Самойловский). Установлено, что суточное выделение метана с поверхности почвы лесной экосистемы в 3-5 раза ниже, чем в центре морозобойного полигона тундры. Экспериментальное кратковременное прогревание мерзлотного горизонта почвы до 18.5-22.5°С в лиственничнике привело к нейтрализации почвенного раствора, уменьшению численности всех эколого-трофических групп микроорганизмов и значений микробной биомассы а также к увеличению эмиссии парниковых газов СО2 и СН4 в атмосферу. В мерзлотно-песчаной почве тундровой экосистемы отмечено высокое разнообразие метаногенных архебактерий, принадлежащих к семействам Methanobacteriaceae, Methanomicrobiaceae, Methanosarcinaceae, Methanosaetaceae, в то время как в криоземе лиственничника регистрировались представители только одного семейства Methanosarcinacea. Метанотрофные сообщества почвы лиственничника представлены двумя типами бактерий (I и II тип) тогда, как в почве тундры найдены лишь представители II типа.


Ключевые слова: криогенные почвы, лиственничники, морозобойные полигоны, тундра, динамика и активность микробных комплексов, эмиссия СН4 и СО2, бактериальное биоразнообразие.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.

  • Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В., Штоф Г. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб: Арктики и Антарктики научно исследовательский институт, 2013. 266 с.

  • Бугаенко Т.Н. Видовое разнообразие лиственничных ассоциаций северной тайги Средней Сибири и его послепожарная трансформация: Автореф. дисс. канд. биол. наук (03.00.05, 03.00.16). Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2002. 23 с.

  • ГОСТ 27894. 1, 3, 4-88. Торф и продукты его переработки для сельского хозяйства. Методы анализа. М.: Издательство стандартов, 1988. 13 с.

  • ГОСТ 11306-83. Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности. М.: Издательство стандартов, 1994. 8 с.

  • ГОСТ 11623-89. Торф и продукты его переработки для сельского хозяйства. Методы определения обменной и активной кислотности. М.: Издательство стандартов, 1989. 5 с.

  • ГОСТ 26715-85. Удобрения органические. Методы определения общего азота. М.: Издательство стандартов, 1986. 12 с.

  • ГОСТ 26717-85. Удобрения органические. Метод определения общего фосфора. М.: Издательство стандартов, 1986. 6 с.

  • ГОСТ 26718-85. Удобрения органические. Метод определения общего калия. М.: Издательство стандартов, 1986. 4 с.

  • ГОСТ 26570-95. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определение кальция. М.: Издательство стандартов, 2003. 14 с.

  • ГОСТ 30502-97. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания магния. М.: Издательство стандартов, 1999. 6 с.

  • Гродницкая И.Д., Карпенко Л.В., Кнорре А.А., Сырцов С.Н. Микробная активность торфяных почв заболоченных лиственничников и болота в криолитозоне Центральной Эвенкии // Почвоведение. 2013. № 1. С. 67-79.

  • Евграфова С.Ю., Гродницкая И.Д., Криницын Ю.О., Сырцов С.Н., Масягина О.В. Эмиссия метана с поверхности почвы в тундровых и лесных экосистемах Сибири // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2010. Вып. № 12. С. 80-86.

  • Классификация и диагностика почв России / Под ред. Л.Л. Шишова, В.Д. Тонконогова, И.И. Лебедевой, М.И. Герасимовой. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

  • Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во Московского университета, 1991. 303 с.

  • Мишустин Е.Н. Микробные ассоциации почвенных типов // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. М.: Наука, 1976. С. 19-42.

  • Паринкина О.М. Микрофлора тундровых почв. Л.: Наука, 1989. 138 с.

  • Практик ум по микробиологии / Под ред. А.И. Нетрусова. М.: Academia, 2005. 603 с.

  • Ривкина Е.М., Лауринавичюс К.С., Гиличинский Д.А., Щербакова В.А. Метанообразование в вечномерзлых отложениях // Доклады РАН. 2002 . Т. 383. № 6. С. 830-833.

  • Ривкина Е.М., Краев Г.Н., Кривушин К.В., Лауринавичюс К.С., Д.Г. Федоров-Давыдов, А.Л. Холодов, Щербакова В.А., Гиличинский Д.А. Метан в вечномерзлых отложениях северо-восточного сектора Арктики // Криосфера Земли. 2006. Т. 10, № 3. С. 23-41.

  • Сорокин Н.Д. Микрофлора таежных почв Средней Сибири. Новосибирск: Наука, 1981. 141 с.

  • Сорокин Н.Д., Евграфова С.Ю., Пашенова Н.В., Гродницкая И.Д., Полякова Г.Г., Афанасова Е.Н. Микробиологическая индикация и мониторинг нарушенных лесных экосистем Сибири // Сибирский экологический журнал. 2005. № 4. С. 687-692.

  • Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.

  • Чернов И.Ю. Синэкологический анализ группировок дрожжей Таймырской тундры // Экология. 1985. № 1. С. 54-60.

  • Amaral J.A., Archambault C., Richards S.R., Knowles R. Denitrification associated with groups I and II methanotrophs in a gradient enrichment system // FEMS Microbiology Ecology. 1995. V. 18. P. 289-298.

  • Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biology and Biochemistry. 1978. V. 10. N. 3. P. 314-322.

  • Anderson T.H., Domsch K.H. Application of eco-physiological quotients qCO2 and qD on microbial biomass from soils of different cropping histories // Soil Biology and Biochemistry. 1990. V. 22. P. 251-255.

  • Auman A.J., Speake C.C., Lidstrom M.E. nifH sequences and nitrogen fixation in type I and type II methanotrophs // Applied and Environmental Microbiology. 2001. V. 67. P. 4009-4016.

  • Bergh J., Linder S. Effects of soil warming during spring on photosynthetic recovery in boreal Norway spruce stands // Global Change Biology. 1999. V. 5. P. 245-253.

  • Borjesson G., Sundh I., Tunlid A., Frostegard A., Svensson B.H. Microbial oxidation of CH4 at high partial pressures in an organic landfill cover soil under different moisture regimes // FEMS Microbiology Ecology. 1998. V. 26. P. 207-217.

  • Borjesson, G., Sundh I., Svensson B. Microbial oxidation of CH4 at different temperatures in landfill cover soils // FEMS Microbiology Ecology. 2004. V. 48. P. 305-312.

  • Dedysh S.N. Methanotrophic bacteria of acid sphagnum bogs // Microbiology. 2002. V. 71, N6. P. 638-649.

  • Ganzert L., Jurgens G., Munster U., Wagner D. Methanogenic communities in permafrost affected soils of the Laptev Sea coast, Siberian Arctic, characterized by 16S rRNA gene fingerprints // FEMS Microbiology Ecology. 2007. V. 59. P. 476-488.

  • Graham D.W., Chaudhary J.A., Hanson R.S., Arnold R.G. Factors affecting competition between type I and type II methanotrophs in two-organism, continuous-f low reactors // Microbiology Ecology. 1993. N. 25. P. 1-17.

  • Hoj L., Olsen R.A., Torsvik V.L. Archaeal communities in High Arctic wetlands at Spitsbergen, Norway (78°N) as characterised by 16S rRNA gene fingerprinting // FEMS Microbiology Ecology. 2005. V. 53. P. 89-101.

  • Metje M., Frenzel P. Methanogenesis and methanogenic pathways in a peat from subarctic permafrost // Environmental Microbiology. 2007. V. 9. P. 954-964.

  • Rivkina E.M., Gilichinsky D., Wagener S., Tiedje J., McGrath J. Biochemical activity of anaerobic microorganisms from buried permafrost sediments // Geomicrobiology Journal. 1998. N15. P. 187-193.

  • Schinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R. Methods in soil biology. Berlin: Springer. 1995. 426 p.

  • Wagner D., Kobabe S., Pfeiffer E.-M., Hubberten H. Microbial controls on methane fluxes from a polygonal tundra of the Lena Delta, Siberia //. Permafrost Periglacial Process. 2003. N14. P. 173-185.

  • Wright J.F., Chuvilin E .M., Dallimore S.R ., Yakushev V.S., Nixon E.M. Methane hydrate formation and dissociation in fine sands at temperatures near 0 °C // Permafrost: Proc. of the 7th Intern. Conf., Yellowknife, Canada