Буянтуева Л.Б., Санданова И.Б., Намсараев Б.Б.

Бурятский государственный университет, г. Улан-Удэ

Микробиологическая деструкция растительного опада в степных экосистемах Восточного Забайкалья

Работа выполнена при поддержке гранта МО РФ РНП 2.1.1/2165 и НОЦ «Байкал»

Исследовалась динамика деструкции растительного опада в степных экосистемах Восточного Забайкалья. Исследования проводились в 2002-2004гг. на территории Агинского района Забайкальского края.

Растительный опад, помещенный в капроновые мешочки на уровне почвы, изымался в 5-кратной повторности в различные сезоны года. Проведено исследование видового состава исследуемых фитоценозов, биологической продуктивности фитомассы и скорости разложения растительного остатков. Величина микробной деструкции растительного опада зависит от его качества и гидротермических условий окружающей среды, влияющих на ферментативную активность микроорганизмов.

Ключевые слова: степные экосистемы, надземная фитомасса, микробная деструкция, микроорганизмы-деструкторы органического вещества, растительный опад.

Микроорганизмы, благодаря активности различных ферментных систем, являются основными деструкторами органического вещества растительных остатков.

Проблема исследование динамики деструкции органического вещества растительных остатков в различных типах экосистем и нарушение его под влиянием деятельности человека – одна из наиболее актуальных проблем современности.

В настоящее время многими отечественными и зарубежными исследователями проводится изучение динамики деструкции растительного опада в различных природных экосистемах. Однако крайне мало работ, в которых более или менее подробно рассматривались микробиологические аспекты этих процессов.

Особенности микробиологической деструкции растительных остатков в степных экосистемах Восточного Забайкалья практически не изучены. Между тем степи играют исключительно важную роль в жизни и хозяйственной деятельности жителей Забайкалья.

Основной целью нашей работы было исследование микробной динамики деструкции органического вещества растительных остатков в степных экосистемах Восточного Забайкалья.

Объект и методы исследования

Объектами исследования были выбраны широко распространенные степные растительные сообщества Юго-Восточного Забайкалья: ленско-типчаковая, ковыльно-нителистковая и солончаковая. Исследования проводились в 2002-2004гг. на территории Агинского Бурятского автономного округа.

Продуктивность надземной фитомассы исследуемых растительных сообществ определяли методом укосов: срезали растения в уровень с почвой на пробных участках 1 м² в 5 повторностях. Укосы проводились в период фенофазы цветения и плодоношения. Для изучения видового состава растений использовали определитель «Флора центральной Сибири» (1979).

Химический анализ включал определение органического вещества и элементного состава растительного опада. Целлюлозу определяли по модифицированному методу Кюршнера - Хафера, лигнин – по методу Классона (Методы биохимических исследований раст., 1987), жиры и водорастворимые вещества методом экстракции (Александрова, 1980; Братерский, Пелявин, 1983). Содержание протеина рассчитывали по общему азоту умножением на коэффициент 6,25 (Практикум по агрохимии, 1987),

Определение минеральных веществ в растительных остатках проводилось с использованием атомно-абсорбционного метода. Определение содержания Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Na, Co, Cr, Cd, в полученных минерализатах осуществляли на атомно-абсорбционном спектрофотометре SOLAAR M6; N, P – колориметрическим методом; К – определяли методом пламенной фотометрии (пламенном фотометре ПФ-1) (Практикум по агрохимии, 1987).

Исследование скорости разложения растительного материала проводили по методу механической изоляции Переля и Карпачевского (Методы стационарного исследования…, 1977). Навески по 5 г исследуемых опадов, высушенных при температуре 70 ⁰С в течение одного часа, помещали в мешочки (10*10 см.) из капроновой сетки. Мешочки с образцами укрепляли на поверхности почвы и слегка присыпали «местным опадом». По истечении срока экспозиции мешочки высушивали при температуре 105⁰ С и определяли потерю его веса по отношению к первоначальной навеске в абсолютно сухом состоянии. В качестве основного критерия интенсивности разложения растительного материала была принята убыль массы образцов за единицу времени.

Результаты исследования и их обсуждение

Важнейшим фактором, влияющим на интенсивность микробиологической деструкции, являются качество субстрата, которое определяется его видовым составом.

Исследуемые растительные сообщества по флористическому составу типичны для степных экосистем Юго-Восточного Забайкалья.

Результаты исследования структуры и видового состава исследуемых фитоценозов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Фитоценотическая характеристика исследуемых растительных сообществ

Растительные сообщества	Доминирующие виды	Проективное покрытие, %	Количество видов на 1 м^2	Злаки, %	Осоки, %	Разно травье,%	Бобо вые, %
Ковыльно-типчаково-пятилистниковое	Stipa krylovii, Festuca lenensis, Caragana microphylla.	90-100	10-15	31,2-33,2	0,1-0,2	64,8-68,7	0,07-0,1
Нителистниково-разнотравное	Filifolium sibiricum, Scutellariа baicalensis	40-50	30-35	9,9-12,6	-	84,9-87,5	– 0,5-0,9
Рожконосносведовое	Suaeda corniculata Carex reptabundaAchnatherum splendans	70-80	5-7	0,4-0,7%.	12,7-27,8	71,4-76,9	-
Ковыльно-разнотравное	Stipa Krylovi , Filifolium sibiricum, Galium verum	50-60	13-14	49,0-51,4	5,0-4,5	44,1-46,0	-
Безжилковоосоковоразнотравное	Carex enervis, Heleocharis palustris, Agrostis mongolium	70-90	9-10	21,3	51,3	27,4	-
Разнотравностоповидное	Сarex pediformis, Potentilla acaulis, Artemisia tanacetifolia	80-90	15-17	10,3-28,8	21,1-33,9	46,0-47,6	4,9-8,2
Осоковоразнотравное	Fragaria orientalis, Lathyrus humilis, Сarex pediiformis	30-40	7-8	-	50,2-66,8	29,9-45,3	3,3-4,5

Важнейшей характеристикой растительных сообществ является биологическая продуктивность, которая в разных биомах приводит к различной организации биологического круговорота. Общий запас наземной фитомассы исследованных растительных сообществ колеблется от 0,9 – 17,6 ц/га. Уровень общих запасов фитомассы растительных сообществ определяется биологическими особенностями доминантов и содоминантов. Согласно десятибалльной шкале Н.И.Базилевич и Л.Е. Родина (1965), исследуемые фитоценозы характеризуются как очень малопродуктивные. Величина подземной фитомассы в сообществах значительна, на ее долю приходится 90,8-93,3% от общего запаса фитомассы, что свидетельствует о жестких условиях (дефицит влаги) функционирования данных растительных сообществ.

Большое влияние на скорость микробиологической деструкции растительного опада оказывает его химический состав.

Результаты исследования органического вещества и элементного состава растительного опада исследованных фитоценозов представлены в табл. 1 и 2

Таблица 1

Органические вещества растительного опада степных сообществ Юго-Восточного Забайкалья (в % от сухого вещества)

Органические вещества	Ковыльно-типчаково-пятилистниковое	Нителистниково-разнотравное	Рожконосносведовое
Протеин	9,3	12,1	12,2
Водораствори мые вещества	21,5	20,3	22,7
Липиды	2,3	2,9	2,6
Лигниноподобные вещества	34,3	31,6	25,6
Целлюлоза	26,9	25,5	23,5

Таблица 2

Содержание макроэлементов в растительном опаде степных сообществ Юго-Восточного Забайкалья, %

Растительные сообщества	Макроэлементы, в %										Микроэлементы, мг/г
	N		P	K	Na	Ca	Mg	Fe	Mn		Zn	Cu		Co			Cr	Cd
Ковыльно-типчаково-пятилистниковое	1,9	0,1		0,6	0,07	0,3	0,1	0,03	0,005	20,3			6,2		3,09	1,2		0,2
Нителистниково-разнотравное	2,04	0,2		0,9	0,05	0,6	0,2	0,06	0,02	12,6			7,1		1,8	2,5		0,05
Рожконосносведовое	2,4	0,2		0,8	0,2	1,4	0,4	0,08	0,01	32,4			7,7		1,6	1,02		0,3

В растениях исследуемых фитоценозов различия в концентрации органических веществ и макро- микроэлементов проявляются достаточно ярко и связаны с разницей доминантных и содоминантных видов, которые, в свою очередь, зависят от экологических условий произрастания. Так, например, рожконосносведовое сообщество, произрастающее на солончаках, имеет более высокое по сравнению с другими сообществами содержание азота и зольных элементов. Особенно высоки концентрации Сa и Nа. Отмечены заметные различия в интенсивности микробиологического разложения растительных остатков от качества субстрата (видового и химического состава) исследуемых биогеоценозов. Так, например, растительные образцы рожконосносведового сообщества, в большинстве представленные разнотравьем и богатые содержанием водорастворимых веществ, белка и зольных элементов подвергаются максимальной деструкции. В течение года (2003г.) разложению подверглось 66,28% растительного опада. Более низкая скорость разложения растительных остатков отмечена в ковыльно-типчаково-пятилистниковом сообществе, представленного в основном злаковыми и содержащем большое количество трудноразлагаемых целлюлозы и лигнина. В течение года растительный опад данного сообщества уменьшился на 49,18%.

Особенности климатических условий Восточного Забайкалья: низкие температуры, сухость почв в течение длительного периода, неравномерное выпадение осадков в течение года заметно влияют на темпы деструкции растительного опада.

Таблица 3

Скорость разложения растительных остатков в исследуемых степных экосистемах Юго-Восточного Забайкалья в 2003г., в мг/сут.

Растительные сообщества	20.10.02-1.04.03	1.04.03- 5.07.03	5.07.03-14.08.03	14.08.03-20.10.03
Ковыльно-типчаково-пятилистниковое	0,2	1,9	21,1	20,9
Нителистниково-разнотравное	0,3	1,3	25,9	22,9
Рожконосносведовое	0,5	0,9	29,8	30,2

Таблица 4

Скорость разложения растительных остатков в исследуемых степных экосистемах Юго-Восточного Забайкалья в 2004г, в мг/сут.

Растительные сообщества	20.10.03-10.05.04	10.05.04-04.07.04	04.07.04-14.08.04	14.08.04-10.10.04
Ковыльно-типчаково-пятилистниковое	0,3	0,9	14,7	16,7
Нителистниково-разнотравное	0,7	4,1	11,2	18,8
Рожконосносведовое	0,24	7,9	16,4	15,1

В разные годы исследования количественные показатели деструкции растительного опада различны, но наблюдается сходство в сезонной динамике разложения растительных остатков в разные годы исследования. Наибольшая убыль массы растительного опада наблюдается во второй половине лета и ранней осенью наиболее благоприятный период по гидротермическим показателям для деятельности микроорганизмов.

Таким образом, скорость микробиологической деструкции растительного опада отражает взаимодействие ряда факторов, включающих как различные свойства разлагающихся опадов, так и характеристики среды, в которой протекают процессы деструкции.

Литература

1. Родин Л.Е. Динамика органического вещества и биологический круговорота в основных типах растительности // Л.Е.Родин, Н.И. Базилевич // М.-Л.: Наука, 1965.- 249 с.

2. Родин Л.Е. Методические указания к изучению динамики биологического круговорота фитоценозах // Л.Е. Родин, И.П. Ремизов, Н.И. Базилевич // Л.: Наука, 1968. – 232 с.

3. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии // Н.И. Базилевич // М.: Наука, 1993.- 293с.

4. Титлянова А.А. Биологический круговорот азота и зольных элементов в травяных биогеоценозах. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979.–150 с.

5. Дулепова Б.И. Растительность Агинского Бурятского автономного округа // Б.И. Дулепова, В.Г. Стрельников // Чита: Изд-во Заб.ГПУ, 1999. – С.106.

6. Жамьянова Б.Б. Растительные остатки – главный фактор плодородия дефлированных почв // Б.Б. Жамьянова, Г.Д. Чимитдоржиева // Агрохимия. 1995. №9. С.25-30.

7. Глазовская М.А. Геохимические функции микроорганизмов // М.А. Глазовская, Н.Г. Добровольская // Москва: Изд-во МГУ, 1984. – 42 с.

8. Джалилова А.О. О нарастании, отмирании и разложении растительной массы злаков. // А.О. Джалилова// Ботанический журнал – 1973.-Т.58.-Вып.1.-С. 545-552.

9. Методы биохимических исследований растений. / Под ред. Л.И. Ермакова. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 161-162 с.

10. Стриганова Б.Р., Козловская Л.С. Современные аспекты изучения процессов разложения растительных остатков в почве / Под ред. Гилярова М.С., Стриганова Б.Р. - М.: Наука, 1985. – С. 5

11. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии. М.: Агропромиздат. 1987 – С.23.

Literature:

1. Rodin L.E., Dynamic of organic substance and Biological rotation in basic types of vegetable // N.I. Bazilevich // Moscow – Leningrad: Nauka, 1965.- 249 p.

2. Kodin L.E., Remizov I.P., Bazilevich N.I. // Leningrad: Nauka, 1968.- 232 p.

3. Bazilevich N.I. Biological production of Northern Eurasia ecosystems // Moscow: Nauka, 1993. - 293 p.

4. Titlyanova A.A. Biological rotation of nitrogen and asher elements in herbaceous biogeocenoses. - Novosibirsk: Nauca. SD, 1979. -150 p.

5. Dulepova B.I., Strelnikov V.G. Vegetable of Aginsk Buryat autonomous region // Chita: ZSPU, 1999. - P. 106.

6. Zhamyanova B.B., Chimitdorzhieva G.P. Vegetable rests – main factor of fertility of soils // Agrochemistry. 1995, №9, p/ 25-30/

7. Glazovskaya M. А., Dobrovolskaya N. G. Giochemical function of microorganisms // Moskow: MSU, 1984-42p.

8. Gzhalilova A. O. On growth, dying and decomposition of phytomass of Сereals. // Botanic magazine – 1973. V. 58. Fasc. 1. p. 545-552.

9. Methods of biochemical researches of vegetables / affer ed. of L. I. Ermacova. – Leningrad: Agropromizdat 1987. p. 161 – 162.

10. Striganova B. R., Koslovskaya l S Modern aspects of processes of decomposition of vegetable vests in soil. / After ed. of Gilyanova M. S., Striganova B. R.- Moskow: Nauca, 1985.- p. 5.

11. Tepper E. Z. Practicum for microbiology Moskow: Agropromizdat. – p. 23.