esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2019-99-92-116esoil-372Research ArticleСтатьиГетерогенность свойств копролитов дождевых червей Aporrectodea caliginosa и Lumbricus rubellus в модельном опыте на черноземеThe heterogeneity of the properties of the coprolites Aporrectodea caliginosa and Lumbricus rubellus in model experiment with chernozem soilhttps://orcid.org/0000-0001-6950-2269ФроловО. А.FrolovO. A.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 2119017

6.40.7.4@mail.ruЯкушевА. В.YakushevA. V.

119991, Москва, Ленинские горы, 1

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

a_yakushev84@mail.ruМилановскийЕ. Ю.MilanovskiyE. Yu.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2;

119991, Москва, Ленинские горы, 1

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 2119017;

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

milanovskiy@gmail.comПочвенный институт им. В.В. ДокучаеваРоссияV.V. Dokuchaev Soil Science InstituteRussian FederationМГУ им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationПочвенный институт им. В.В. Докучаева; МГУ им. М.В. ЛомоносоваРоссияV.V. Dokuchaev Soil Science Institute; Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20190912201909992116Copyright © Фролов О.А., Якушев А.В., Милановский Е.Ю., 20192019Фролов О.А., Якушев А.В., Милановский Е.Ю.Frolov O.A., Yakushev A.V., Milanovskiy E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/372

Проведена оценка изменений физических и микробиологических свойств копролитов дождевых червей Aporrectodea caliginosa и Lumbricus rubellus в лабораторных опытах с использованием пахотного горизонта миграционно-мицелярного чернозема. В копролитах определяли физические параметры: гранулометрический состав, удельную поверхность, рассчитанную по эффективному диаметру частиц; микробиологические параметры: общую численность культивируемых бактерий и ферментативную кинетику липаз по модели Михаэлиса – Ментен с расчетом максимальной скорости реакции (Vm) и константы Михаэлиса (Km). Модельный эксперимент включал два этапа: первый этап – дождевые черви двух видов содержались вместе, во втором – раздельно. Контролем была исходная почва и почва с опадом. Анализировали и сравнивали с контролем копролиты и почву, в которой жили дождевые черви. Два вида дождевых червей дают неаддитивный эффект на физические и микробиологические свойства. В зависимости от видового состава характер изменения отличается. Для двух видов, содержащихся совместно, отмечено снижение в копролитах удельной поверхности, увеличение доли фракции тонкого песка за счет снижения долей ила, мелкой и средней пыли. Отдельно для A. caliginosa установлено, что увеличивается удельная поверхность копролитов по сравнению с контролем, увеличивается доля частиц во фракциях: ила, мелкой, средней, крупной пыли за счет существенного уменьшения фракции тонкого песка. Для копролитов L. rubellus показано снижение удельной поверхности, увеличение долей фракций среднего, тонкого песка и крупной пыли за счет снижения доли фракций ила, мелкой и средней пыли. Численность культивируемых гетеротрофных бактерий выше в копролитах, по сравнению с контролем. Наибольшее увеличение наблюдается при совместном содержании двух видов. Липазная активность (Vm) почвы повышается по сравнению с контролем для двух видов и при содержании одного A. caliginosa. Под действием L. rubellus активность снижается. Копролиты отличаются по всем исследованным свойствами от контроля (почвы и почвы с опадом), а также от почвы, где обитали дождевые черви.

The changes in the physical and microbiological properties of the coprolites of earthworms Aporrectodea caliginosa and Lumbricus rubellus were evaluated in laboratory experiments using the arable horizon of migratory-mycelial chernozem. In coprolites the following physical parameters were determined: particle size distribution, specific surface area, calculated by the effective particle diameter; microbiological parameters: the total number of cultured bacteria and the enzymatic kinetics of lipases according to the Michaelis –Menten model with the calculation of the maximum reaction rate (Vm) and Michaelis constant (Km). The model experiment included two stages: the first stage – earthworms of two species were kept together, in the second – separately. The control was the source soil and the soil with litter. Coprolites and the soil in which earthworms lived were analyzed and compared with the control. Two types of earthworms give a non-additive effect on physical and microbiological properties. Depending on the species composition, the nature of the change is different. For the two species contained together a decrease in the specific surface area in coprolites was noted, as well as an increase in the fraction of the fine sand due to the reduction of the fractions of silt, fine and medium dust. For A. caliginosa kept separately it was found, that the specific surface of coprolites increases compared to the control, the silt and fine, medium, coarse dust, fractions rise due to a significant reduction of the fine sand fraction. For L. rubellus coprolites a decrease in the specific surface area, an increase in the fractions of medium, fine sand and coarse dust, due to the reduction of silt, fine and medium dust fractions, are shown. The number of cultured heterotrophic bacteria is higher in coprolites compared to the control. The greatest increase is observed in the variant where two species are kept together. The lipase activity (Vm) of the soil also increases when two species are kept together compared with the control and with A. caliginosa kept separately. Under the influence of L. rubellus the lipase activity decreases. Coprolites differ in all the investigated properties from the control (soil and soil with litter), as well as from the soil where earthworms lived.

элементарные почвенные частицыгранулометрический составудельная поверхность частицлипазная активностьelementary soil particlesparticle size distributionspecific surface arealipase activityReferencesБызов Б.А., Якушев А.В. Микробиологическая характеристика вермикомпостирования методом мультисубстратного тестирования // Почвоведение. 2008. № 11. С. 1381–1387. DOI: 10.1134/S1064229308110112.Byzov B.A., Jakushev A.V., Mikrobiologicheskaja harakteristika vermikompostirovanija metodom mul'tisubstratnogo testirovanija (Microbiological characteristics of vermicomposting by the method of multisubstrate testing), Pochvovedenie, 2008, No. 11, pp. 1381–1387, DOI: 10.1134/S1064229308110112.Всеволодова-Перель Т.С. Дождевые черви: Кадастр и определитель. М.: Наука. 1997. 102 c.Vsevolodova-Perel' T.S., Dozhdevye chervi: Kadastr i opredelitel' (Earthworms: Cadastre and qualifier), Moscow: Nauka, 1997, 102 p.Даденко Е.В., Казеев К.Ш. Влияние различных сроков и способов хранения почвенных образцов на ферментативную активность чернозема // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2004. № 6. С. 61–65.Dadenko E.V., Kazeev K.Sh., Vlijanie razlichnyh srokov i sposobov hranenija pochvennyh obrazcov na fermentativnuju aktivnost' chernozema (The influence of different terms and methods of storing soil samples on the enzymatic activity of chernozem), Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region, Natural Sciences, 2004, No. 6, pp. 61–65.Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. 445 с.Zvyagintsev D.G., Bab'eva I.P., Zenova G.M., Biologiya pochv (Soil biology), Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta, 2005. 445 p.Киреева Н.А., Маркарова М.Ю., Щемелинин Т.Н., Рафикова Г.Ф. Ферментативная и микробиологическая активность загрязненных нефтью глееподзолистых почв на разных стадиях их восстановления // Вестник Башкирского университета. 2006. Т. 11. № 4. С. 56–60.Kireeva N.A., Markarova M.Yu., Shchemelinin T.N., Rafikova G.F., Fermentativnaya i mikrobiologicheskaya aktivnost' zagryaznennykh neft'yu gleepodzolistykh pochv na raznykh stadiyakh ikh vosstanovleniya (Enzymatic and microbiological activity of oil-contaminated geysodzol soils at different stages of their restoration), Vestnik Bashkirskogo universiteta, 2006, Vol. 11, No. 4, pp. 56–60.Кутовая О.В. Характеристика гумусовых веществ агродерново-подзолистой почвы и копролитов дождевых червей // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2012. Вып. 69. С. 46–59. DOI: 10.19047/0136-1694-2012-69-46-59.Kutovaya O.V., Grebennikov A.M., Tkhakakhova A.K., Isaev V.A., Garmashov V.M., Bespalov V.A., Cheverdin Y.I., Belobrov V.P., The changes in soil-biological processes and structure of microbial community of agrochernozems in conditions of different ways of soil cultivation, Dokuchaev Soil Bulletin, 2018, Vol. 92, pp. 35–61, DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61.Кутовая О.В., Гребенников А.М., Тхакахова А.К., Исаев В.А., Гармашов В.М., Беспалов В А., Чевердин Ю.И., Белобров В.П. Изменение почвенно-биологических процессов и структуры микробного сообщества агрочерноземов при Разных способах обработки почвы // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 35–61. DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61.Kutovaya O.V., Characteristics of humus and coprolites of earthworms in agro-soddy podzolic soils, Dokuchaev Soil Bulletin, 2012, Vol. 69, pp. 46–59, DOI: 10.19047/0136-1694-2012-69-46-59.Перель Т.С. Распространение и закономерности распределения дождевых червей фауны СССР. М.: Наука, 1979. 272 c.Perel' T.S., Rasprostranenie i zakonomernosti raspredeleniya dozhdevykh chervei fauny SSSR (Distribution and distribution patterns of earthworms of the fauna of the USSR), Moscow: Nauka, 1979, 272 p.Тихонов В.В., Бызов Б.А., Завгородняя Ю.А., Демин В.В. Дождевые черви – преобразователи структуры и биологической активности гуминовых кислот // Изв. РАН. Сер. биологическая. 2011. № 1. С. 24–32. DOI: 10.1134/S1062359010061032.Tikhonov V.V., Byzov B.A., Zavgorodnyaya Y.A., Demin V.V., Earthworms as modifiers of the structure and biological activity of humic acids, Biol. Bull. Russ. Acad. Sci., 2011, Vol. 38, Issue 1, pp. 17–24, DOI: 10.1134/S1062359010061032.Фролов О.А., Якушев А.В. Влияние на бактериальный гидролитический комплекс гумусо-аккумулятивного горизонта техноурбанозема пассажа через кишечник дождевого червя Aporrectodea caliginosa // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2018. Вып. 94. С. 57–73. DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-57-73.Frolov O.A., Yakushev A.V., The impact of passage through the intestine of the earthworm Aporrectodea caliginosa on the bacterial community, Dokuchaev Soil Bulletin, 2018, Vol. 94, pp. 57–73, DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-57-73.Храмченкова О., Веремеев В., Бачура Ю. Водоросли почв и копролитов дождевых червей в луговых экосистемах // Наука и инновации. 2012. № 108. С. 67–70.Khramchenkova O., Veremeev V., Bachura Yu., Vodorosli pochv i koprolitov dozhdevykh chervei v lugovykh ekosistemakh (Algae of soils and coprolites of earthworms in meadow ecosystems), Nauka i innovatsii, 2012, No. 108, pp. 67–70.Чернов Т.И., Холодов В.А., Когут Б.М., Иванов А.Л. Методология микробиологических исследований почвы в рамках проекта “Микробиом России” // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2017. Вып. 87. С. 100–113. DOI: 10.19047/0136-1694-2017-87-100-113.Chernov T.I., Kholodov V.A., Kogut B.M., Ivanov A.L., The Method of Microbiological Soil Investigations within the Framework of the Project “Microbiome of Russia”, Dokuchaev Soil Bulletin, 2017, Vol. 87, pp. 100–113, DOI: 10.19047/0136-1694-2017-87-100-113.Юрков А.М., Чернов И.Ю., Тиунов А.В. Влияние дождевых червей Lumbricus terrestris на структуру дрожжевого сообщества лесной подстилки // Микробиология. 2008. Т. 77. № 1. С. 121–125. DOI: 10.1134/S0026261708010153.Yurkov A.M., Chernov I.Y., Tiunov A.V., Influence of Lumbricus terrestris earthworms on the structure of the yeast community of forest litter, Microbiology, 2008, Vol. 77, Issue 1, pp. 121–125, DOI: 10.1134/S0026261708010153.Bal L. Morphological investigation in two moder-humus profiles and the role of the soil fauna in their genesis // Geoderma. 1970. Vol. 4. Issue 1. P. 5–36. DOI: 10.1016/0016-7061(70)90030-3.Bal L., Morphological investigation in two moder-humus profiles and the role of the soil fauna in their genesis, Geoderma, 1970, Vol. 4, Issue 1, pp. 5–36, DOI: 10.1016/0016-7061(70)90030-3.Bi Y.M., Tian G.L., Wang C., Zhang Y., Wang D.N., Zhang F.F., Sun Z.J. Differential effects of two earthworm species on Fusarium wilt of strawberry // Appl. Soil Ecology. 2018. Vol. 126. P. 174–181. DOI: 10.1016/j.apsoil.2018.02.024.Bi Y.M., Tian G.L., Wang C., Zhang Y., Wang D.N., Zhang F.F., Sun Z.J., Differential effects of two earthworm species on Fusarium wilt of strawberry, Appl. Soil Ecology, 2018, Vol. 126, pp. 174–181, DOI: 10.1016/j.apsoil.2018.02.024.Blouin M., Hodson M.E., Delgado E.A., Baker G., Brussaard L., Butt K.R., Cluzeau D. A review of earthworm impact on soil function and ecosystem services // European Journal of Soil Science. 2013. Vol. 64. Vol. 2. P. 161–182. DOI: 10.1111/ejss.12025.Blouin M., Hodson M.E., Delgado E.A., Baker G., Brussaard L., Butt K.R., Cluzeau D., A review of earthworm impact on soil function and ecosystem services, European Journal of Soil Science, 2013, Vol. 64, Vol. 2, pp. 161–182, DOI: 10.1111/ejss.12025.Edwards C.A. Earthworm ecology. CRC press. 2004. 456 p.Edwards, Clive A., Earthworm ecology, CRC press, 2004, 456 p.Filser J., Faber J.H., Tiunov A.V., Brussaard L., Frouz J., Deyn G.D., Uvarov A.V., Berg M.P., Lavelle P., Loreau M., Wall D.H., Querner P., Eijsackers H., Jiménez J.J. Soil fauna: key to new carbon models // Soil. 2016. No. 2. P. 565–582. DOI: 10.5194/soil-2-565-2016.Filser J., Faber J.H., Tiunov A.V., Brussaard L., Frouz J., Deyn G.D., Uvarov A.V., Berg M.P., Lavelle P., Loreau M., Wall D.H., Querner P., Eijsackers H., Jiménez J.J., Soil fauna: key to new carbon models, Soil, 2016, No. 2, pp. 565–582, DOI: 10.5194/soil-2-565-2016.Frouz J., Livečková M., Albrechtová J., Chroňáková A., Cajthaml T., Pižl V., Šimáčková H. Is the effect of trees on soil properties mediated by soil fauna? A case study from post-mining sites // Forest Ecology and Management. 2013. Vol. 309. P. 87–95. DOI: 10.1016/j.foreco.2013.02.013.Frouz J., Livečková M., Albrechtová J., Chroňáková A., Cajthaml T., Pižl V., Šimáčková H., Is the effect of trees on soil properties mediated by soil fauna? A case study from post-mining sites, Forest Ecology and Management, 2013, Vol. 309, pp. 87–95, DOI: 10.1016/j.foreco.2013.02.013.Huang K., Xia H. Role of earthworms' mucus in vermicomposting system: Biodegradation tests based on humification and microbial activity // Sci. Total Environ. 2018. Vol. 610–611. P. 703–708. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.104.Huang K., Xia H., Role of earthworms' mucus in vermicomposting system: Biodegradation tests based on humification and microbial activity, Sci. Total Environ., 2018, Vol. 610–611, pp. 703–708, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.104.Laverack N.S. Mechanistic mathematical models of microbial growth in bioreactors and in natural soils: explanation of complex phenomena // Mathematics and Computers in Simulation. 1996. Vol. 42. Issue 2–3. P. 179–186. DOI: 10.1016/0378-4754(95)00127-1.Laverack N.S., Mechanistic mathematical models of microbial growth in bioreactors and in natural soils: explanation of complex phenomena, Mathematics and Computers in Simulation, 1996, Vol. 42, Issue 2–3, pp. 179–186, DOI: 10.1016/0378-4754(95)00127-1.Ma Y., Filley T.R., Johnston C.T., Crow S.E., Szlavecz K., McCormick M.K. The combined controls of land use legacy and earthworm activity on soil organic matter chemistry and particle association during afforestation // Organic geochemistry. 2013. Vol. 58. P. 56–68. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2013.02.010.Ma Y., Filley T.R., Johnston C.T., Crow S.E., Szlavecz K., McCormick M.K., The combined controls of land use legacy and earthworm activity on soil organic matter chemistry and particle association during afforestation, Organic geochemistry, 2013, Vol. 58, pp. 56–68, DOI: 10.1016/j.orggeochem.2013.02.010.Peigne J., Vian J.F., Payet V., Saby N.P. Soil fertility after 10 years of conservation tillage in organic farming // Soil and Tillage Res. 2018. Vol. 175. P. 194– 204. DOI: 10.1016/j.still.2017.09.008.Peigne J., Vian J.F., Payet V., Saby N.P., Soil fertility after 10 years of conservation tillage in organic farming, Soil and Tillage Res., 2018, Vol. 175, pp. 194– 204, DOI: 10.1016/j.still.2017.09.008.Römbke J., Jänsch S., Didden W., Römbke J., Jänsch S., Didden W. The use of earthworms in ecological soil classification and assessment concepts // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2005. Vol. 62. Issue 2. P. 249–265. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2005.03.027.Römbke J., Jänsch S., Didden W., Römbke J., Jänsch S., Didden W., The use of earthworms in ecological soil classification and assessment concepts. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2005, Vol. 62, Issue 2, pp. 249–265, DOI: 10.1016/j.ecoenv.2005.03.027.Sanchez-Hernandez J.C. Biochar activation with exoenzymes induced by earthworms: A novel functional strategy for soil quality promotion // J. Hazardous Materials. 2018. Vol. 350. P. 136–143. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.02.019.Sanchez-Hernandez J.C., Biochar activation with exoenzymes induced by earthworms: A novel functional strategy for soil quality promotion, J. Hazardous Materials, 2018, Vol. 350, pp. 136–143, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.02.019.Sanchez-Hernandez J.C., del Pino J.N., Capowiez Y., Mazzia C., Rault M. Soil enzyme dynamics in chlorpyrifos-treated soils under the influence of earthworms // Sci. Total Environ. 2018. Vol. 612. P. 1407–1416. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.043.Sanchez-Hernandez J.C., del Pino J.N., Capowiez Y., Mazzia C., Rault M., Soil enzyme dynamics in chlorpyrifos-treated soils under the influence of earthworms, Sci. Total Environ., 2018, Vol. 612, pp. 1407–1416, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.043.Satchell J.E. Earthworm microbiology // Earthworm ecology from Darwin to vermiculture. London, N.Y, 1983. P. 351–364. DOI: 10.1007/978-94-009-5965-1.Satchell J.E., Earthworm microbiology, Earthworm ecology from Darwin to vermiculture, London, N.Y, 1983, pp. 351–364, DOI: 10.1007/978-94-009-5965-1.Schnürer J., Rosswall T. Fluorescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbial activity in soil and litter // Appl. Environ. Microbiol. 1982. Vol. 43(6). P. 1256–1261.Schnürer J., Rosswall T., Fluorescein diacetate hydrolysis as a measure of total microbial activity in soil and litter, Appl. Environ. Microbiol., 1982, Vol. 43(6), pp. 1256–1261.Zhimin Y.U.A.N., Haijun L.I.U., Jun H.A.N., Jingjing S.U.N., Xiaoying W.U., Jun, Y.A.O. Monitoring soil microbial activities in different cropping systems using combined methods // Pedosphere. 2017. Vol. 27. No. 1. P. 138–146. DOI: 10.1016/S1002-0160(15)60100-X.Zhimin Y.U.A.N., Haijun L.I.U., Jun H.A.N., Jingjing S.U.N., Xiaoying W.U., Jun, Y.A.O., Monitoring soil microbial activities in different cropping systems using combined methods, Pedosphere, 2017, Vol. 27, No. 1, pp. 138–146, DOI: 10.1016/S1002-0160(15)60100-X.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.