Углерод микробной биомассы альфегумусовых почв северо-запада России

Исследование проведено в сосняках черничных среднетаежной подзоны Карелии. Представлены результаты комплексных исследований микробоценоза подзолов иллювиально-железистых (Albic Podzols), сформировавшихся на флювиогляциальных отложениях. Для оценки углерода микробной биомассы (Смик) использовали методы люминесцентной микроскопии и субстрат-индуцированного дыхания. Для оценки микробиологической активности почв в отношении минерализации почвенного органического вещества определяли скорость базального дыхания, рассчитывали метаболический коэффициент. Показано, что изменение изучаемых показателей отражает природноклиматические условия и специфику почв альфегумусового генезиса. Наибольшие значения Смик и базального дыхания были отмечены в подгоризонтах лесной подстилки, а наименьшие – в элювиальном и иллювиальном горизонтах. Полученные результаты могут быть использованы в качестве микробиологических показателей при моделировании процессов круговорота углерода в альфегумусовых почвах лесных экосистем.

1. Атлас Республики. Петрозаводск: Версо, 2023. 48 с.

2. Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2016. 243 с.

3. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 271 c.

4. Гавриленко Е.Г., Сусьян Е.А., Ананьева Н.Д., Макаров О.А. Пространственное варьирование содержания углерода микробной биомассы и микробного дыхания почв южного Подмосковья // Почвоведение. 2011. № 10. С. 1231–1245.

5. Демидов И.Н., Лукашов А.Д., Ильин В.А. Рельеф заповедника “Кивач” и история геологического развития северо-западного Прионежья в четвертичном периоде // Тр. КарНЦ РАН. 2006. № 10. С. 22–23.

6. Евдокимов И.В., Семенов М.В., Быховец С.С. Ризосферный эффект и структура бактериального сообщества в горизонтах подзолистой почвы под растениями ели обыкновенной (Picea abies L.) // Почвоведение. 2023. № 1. С. 35–45. DOI: 10.31857/S0032180X22700010.

7. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 60 с.

8. Иванов А.Л., Столбовой В.С. Инициатива “4 промилле” – новый глобальный вызов для почв России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. С. 185–202. DOI: 10.19047/0136-1694-2019-98-185-202.

9. Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н. Методологические подходы формирования единой Национальной системы мониторинга и учета баланса углерода и выбросов парниковых газов на землях сельскохозяйственного фонда Российской Федерации // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2021. № 108. С. 175–218. DOI: 10.19047/0136-1694-2021-108-175-218.

10. Иванов А.Л., Савин И.Ю., Столбовой В.С., Духанин Ю.А., Козлов Д.Н., Баматов И.М. Глобальный климат и почвенный покровпоследствия для землепользования России. Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2021. № 107. 5–32. DOI: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-32.

11. Кадулин М.С., Смирнова И.Е., Копцик Г.Н. Эмиссия диоксида углерода почвами лесных экосистем заповедника “Пасвик” в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1098–1112.

12. Корнейкова М.В. Почвенный микробиом в зоне воздействия выбросов горно-металлургического комбината Печенганикель (Мурманская область) // Почвоведение. 2023. № 5. С. 676–688. DOI: 10.31857/S0032180X22600883.

13. Курганова И.Н., Телеснина В.М., Личко В.И., Караванова Е.И. Динамика пулов углерода и биологической активности агродерновоподзолов южной тайги в ходе постагрогенной эволюции // Почвоведение. 2021. № 3. С. 287–303.

14. 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 им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 35–61. DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61.

15. Лебедева Т.Н., Соколов Д.А., Семенов М.В., Зинякова Н.Б., Удальцов С.Н., Семенов В.М. Распределение органического углерода между структурными и процессными пулами в серой лесной почве разного землепользования. Бюллетень Почвенного института имени ВВ Докучаева. 2024. Вып. 118. С. 79–127. DOI: 10.19047/0136-1694-2024-118-79-127.

16. Мамай А.В., Мошкина Е.В. Влияние урбанизации на показатели биологической активности микробного сообщества автоморфных лесных почв Карелии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. №. 11–6. С. 1094–1099.

17. 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.

18. Медведева М.В., Мошкина Е.В., Геникова Н.В., Карпечко А.Ю., Туюнен А.В., Мамай А.В., Кулакова Л.М. Биологическая активность почвы в условиях изменения режима землепользования в нечерноземной зоне России // Плодородие. 2022. № 3(126). С. 71–76.

19. Никитин Д.А., Чернов Т.И., Железова А.Д., Тхакахова А.К., Никитина С.А., Семенов М.В., Кутовая О.В. Сезонная динамика биомассы микроорганизмов в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1356–1364.

20. Никитин Д.А., Садыкова В.С., Куварина А.Е., Дах А.Г., Бирюков М.В. Ферментативная и антимикробная активность полярных штаммов почвенных микроскопических грибов // Микология и фитопатология. 2021. С. 16.

21. Никитин Д.А., Семенов М.В., Чернов Т.И. Микробиологические индикаторы экологических функций почв (обзор) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 228–243. DOI: 10.31857/S0032180X22020095.

22. Никитин Д.А., Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Тхакахова А.К., Русакова И.В., Лукин С.М. Влияние внесения соломы на состояние микробиома дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. 2023. № 5. С. 640–653. DOI: 10.31857/S0032180X22601189.

23. Полянская Л.М., Приходько В.Е., Ломакин Д.Г., Чернов И.Ю. Численность и биомасса микроорганизмов в древних погребенных и современных черноземах разного землепользования // Почвоведение. 2016. № 10. С. 1191–1204.

24. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: Геос, 2015. 233 с.

25. Семенов М.В., Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В. Структура микробного сообщества почвы катены правобережья р. Оки // Известия РАН. Серия биологическая. 2013. №3. С. 299–308. DOI: 10.7868/S0002332913030089.

26. Семенов М.В., Манучарова Н.А., Краснов Г.С., Никитин Д.А., Степанов А.Л. Биомасса и таксономическая структура микробных сообществ в почвах правобережья р. Оки // Почвоведение. 2019. № 8. С. 974–985.

27. Семенов М.В., Никитин Д.А., Степанов А.Л., Семенов В.М. Структура бактериальных и грибных сообществ ризосферного и внекорневого локусов серой лесной почвы // Почвоведение. 2019. № 3. С. 355–369. DOI: 10.1134/S0032180X19010131.

28. Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Никитин Д.А., Степанов А.Л., Семенов В.М. Микробиологические показатели дерново-подзолистой почвы и ее ризосферы в полувековом полевом опыте с применением разных систем удобрения // Почвоведение. 2023. № 6. С. 715–729. DOI: 10.31857/S0032180X22601220.

29. Семенов М.В., Кравченко И.К., Семенов В.М., Кузнецова Т.В., Дулов Л.Е., Удальцов С.Н., Степанов А.Л. Потоки диоксида углерода, метана и закиси азота в почвах катены правобережья р. Ока (Московская область) // Почвоведение. 2010. № 5. С. 582–590.

30. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Соколов Д.А., Зинякова Н.Б., Лопес де Гереню В.О., Семенов М.В. Измерение почвенных пулов органического углерода, выделенных био-физико-химическими способами фракционирования // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1155–1172. DOI: 10.31857/S0032180X23600427.

31. Хитров Н.Б., Никитин Д.А., Иванова Е.А., Семенов М.В. Пространственно-временная изменчивость содержания и запасов органического вещества почвы: аналитический обзор // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1493–1521. DOI: 10.31857/S0032180X23600841.

32. Чернов Т.И., Холодов В.А., Когут Б.М., Иванов А.Л. Методология микробиологических исследований почвы в рамках проекта “Микробиом России” // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2017. Вып. 87. С. 100–113. DOI: 10.19047/0136-1694-2017-87-100-113.

33. Чернов Т.И., Тхакахова А.К., Лебедева М.П., Железова А.Д., Бгажба Н.А., Кутовая О.В. Микробиомы контрастных по засолению почв солонцового комплекса волго-уральского междуречья // Почвоведение. 2018. № 9. С. 1115–1124.

34. Ananyeva N.D., Castaldi S., Stolnikova E.V., Kudeyarov V.N., Valentini R. Fungi-to-bacteria ratio in soils of European Russia // Arch. Agronomy Soil Sci. 2015. Vol. 61(4). P. 427–446. DOI: 10.1080/03650340.2014.940916.

35. Angst G., Mueller K.E., Nierop K.G., Simpson M.J. Plant-or microbialderived? A review on the molecular composition of stabilized soil organic matter // Soil Biology and Biochemistry. 2021. Vol. 156. 108189.

36. Anthony M.A., Crowthe T.W., Maynard D.S., van den Hoogen J., Averill C. Distinct assembly processes and microbial communities constrain soil organic carbon formation // One Earth. 2020. Vol. 2. P. 349–360.

37. Buzzini P., Turchetti B., Yurkov A. Extremophilic yeasts: the toughest yeasts around? // Yeast. 2018. Vol. 35(8). P. 487–497. DOI: 10.1002/yea.3314.

38. Čapek P., Diáková K., Dickopp J. E., Bárta J., Wild B., Schnecker J., Šantrůčková H. The effect of warming on the vulnerability of sub ducted organic carbon in arctic soils // Soil Biology and Biochemistry. 2015. Vol. 90. P. 19–29.

39. Cui J., Zhu Z., Xu X., Liu S., Jones D.L., Kuzyakov Y., Shibistova O., Wu J., Ge T. Carbon and nitrogen recycling from microbial necromass to cope with C: N stoichiometric imbalance by priming // Soil Biol. Biochem. 2020. Vol. 142. P. 107–320. DOI: 10.1016/j.soilbio.2020.107720.

40. Grodnitskaya I.D., Karpenko L.V., Knorre A.A., Syrtsov S.N. Microbial activity of peat soils of boggy larch forests and bogs in the permafrost zone of central Evenkia // Eurasian Soil Sci. 2013. Vol. 46(1). P. 61–73. DOI: 10.1134/S1064229313010043.

41. Guo Z., Wang Y., Wan Z., Zuo Y., He L., Li D., Xu X. Soil dissolved organic carbon in terrestrial ecosystems: Global budget, spatial distribution and controls // Global ecology and biogeography. 2020. Vol. 29(12). P. 2159– 2175.

42. Jansso J.K., Hofmocke K.S. Soil microbiomes and climate change // Nature Reviews Microbiology. 2020. Vol. 18(1). P. 35–46.

43. Joergensen R.G., Emmerling C. Methods for evaluating human impact on soil microorganisms based on their activity, biomass, and diversity in agricultural soils // Journal of plant nutrition and soil science. 2006. Vol. 169. No. 3. P. 295–309.

44. Joergensen R.G., Wichern F. Alive and kicking: why dormant soil microorganisms matter // Soil Biology and Biochemistry. 2018. Vol. 116. P. 419–430.

45. Joshi S., Bajpai A., Johri B.N. Extremophilic fungi at the interface of climate change // Fungi Bio-Prospects in Sustainable Agriculture, Environment and Nano-technology. London: Academic Press. 2020. P. 1–22. DOI: 10.1016/B978-0-12-821925-6.00001-0.

46. Korneykova M.V., Vasenev V.I., Nikitin D.A., Dolgikh A.V., Soshina A.S., Myazin V.A., Nakhaev M.R. Soil microbial community of urban green infrastructures in a polar city // Urban Ecosystems. 2022. Vol. 25(5). P. 1399– 1415.

47. Korneykova M.V., Myazin V.A., Fokina N.V., Chaporgina A.A., Nikitin D.A., Dolgikh A.V. Structure of microbial communities and biological activity in tundra soils of the Euro-Arctic region (Rybachy peninsula, Russia) // Microorganism. 2023. Vol. 11(5). P. 1352.

48. Li Y., Dick W.A., Tuovinen O.H. Fluorescence microscopy for visualization of soil microorganisms – a review // Biology and fertility of soils. 2004. Vol. 39(5). P. 301–311. DOI: 10.1007/s00374-004-0722-x.

49. Liang C., Schimel J.D., Jastrow J.D. The importance of anabolism in microbial control over soil carbon storage // Nature Microbiology. 2017. Vol. 2. P. 17105.

50. Liang C. Soil microbial carbon pump: Mechanism and appraisal // Soil Ecology Letters. 2020. Vol. 2. P. 241–254.

51. Lundström U.S., van Breemen N., Bain D. The podzolization process. A review // Geoderma. 2000. Vol. 94. P. 91–107.

52. Mundra S., Kjønaas O.J., Morgado L.N., Krabberød A.K., Ransedokken Y., Kauserud H. Soil depth matters: shift in composition and inter-kingdom cooccurrence patterns of microorganisms in forest soils // FEMS Microbiology Ecology. 2021. Vol. 6. P. 97.

53. Paul E.A. The nature and dynamics of soil organic matter: Plant inputs, microbial transformations, and organic matter stabilization // Soil Biology and Biochemistry. 2016. Vol. 98. P. 109–126.

54. Polyanskaya L.M., Yumakov D.D., Tyugay Z.N., Stepanov A.L. Fungi and Bacteria in the Dark-Humus Forest Soil // Eurasian Soil Science. 2020. Vol. 53(9). P. 1255–1259. DOI: 10.1134/S1064229320090124.

55. Santruckova H., Kotas P., Barta J., Urich T., Capek P., Palmtag J. Significance of dark CO2 fixation in arctic soils // Soil Biol. Biochem. 2018. Vol. 119. P. 11–21.

56. Semenov M.V., Chernov T.I., Tkhakakhova A.K., Zhelezova A.D., Ivanova E.A., Kolganova T.V., Kutovaya O.V. Distribution of prokaryotic communities throughout the Chernozem profiles under different land uses for over a century // Applied soil ecology. 2018. Vol. 127. P. 8–18.

57. Tajik S., Ayoub, S., Lorenz N. Soil microbial communities affected by vegetation, topography and soil properties in a forest ecosystem // Applied Soil Ecology. 2020. Vol. 149. P. 306.

58. Wang M., Tian J., Xiang M., Liu X. Living strategy of cold-adapted fungi with the reference to several representative species // Mycology. 2017. Vol. 8(3). P. 178–188. DOI: 10.1080/21501203.2017.1370429.

59. Wang B., An S., Liang C., Liu Y., Kuzyakov Y. Microbial necromass as the source of soil organic carbon in global ecosystems // Soil Biology and Biochemistry. 2021. Vol. 162. 108422.

60. Zhelezova A.D., Semenov V.M., Ksenofontova N.A., Krasnov G.S., Tkhakakhova A.K., Nikitin D.A., Semenov M.V. Effects of distinct manure amendments on microbial diversity and activity in Chernozem and Retisol // Applied Soil Ecology. 2024. Vol. 193. P. 105152.