Группа учёных из SUNLAB провела исследование и выяснила, как развивается микробиота в искусственно созданных грунтах на основе торфяно-песчаных смесей. Исследование проводилось в городах трёх климатических зон: Апатитах (субарктическая зона), Москве (умеренно влажная зона), Ростове-на-Дону (умеренно сухая зона).
Авторы: Мария Васильева, Мария Корнейкова, Екатерина Козлова, Вячеслав Васенёв, Юлия Сотникова
В 2020 году на экспериментальных площадках в Апатитах, Москве и Ростове-на-Дону были созданы универсальные почвенные конструкции на основе песка, торфа и «срезки» (поверхностного плодородного слоя почвы, удаляемого при строительстве) в пропорции 1:1:1. Эти типы субстратов довольно часто используются для создания грунтов, особенно для Московского региона. Размеры опытных участков в Апатитах составляли 1 на 2 метра, в Москве – 3 на 3 метра, в Ростове-на-Дону – 2 на 2 метра. В качестве газонного покрытия использовалась травосмесь с нормой высева 60 г/м2 из райграса многолетнего (Lolium perenne) 30 %, овсяницы красной (Festuca rubra) 35 % и мятлика лугового (Poa pratensis) 35 %. В Апатитах дополнительно использовалась предварительно выращенная ковровая растительная дернина.
На участки вносилось минеральное удобрение «Азофоска» из расчёта 60 г/м2. Также проводился активный полив всех участков. В Апатитах вносили дополнительно доломитовую муку для снижения кислотности почвы при создании почвенных конструкций. Проводилось регулярное скашивание с периодичностью раз в 1-2 недели в период с мая по октябрь.
Поведение микробиоты
В течение первого года эксперимента микробная биомасса техногенных грунтов в исследуемых городах была в 2,8-5,3 раза ниже, чем у её природных аналогов (фоновой почвы). Через 14 месяцев в Москве и Ростове-на-Дону она снизилась более чем в 1,5 раза. Почвы в Апатитах напротив показали тенденцию к увеличению. Однако по сравнению с природным эталоном значения микробной биомассы оставались низкими.
Динамика во времени
Микробная активность (выделение углекислого газа) у естественных аналогов почв была выше, чем у техногенных грунтов в 1,8-2,3 раза. Через 14 месяцев с начала эксперимента в Ростове-на-Дону она снизилась более чем в 3 раза. В Москве и Апатитах значения существенно не изменились. В целом в техногенных грунтах наблюдалась тенденция, подобная природным экосистемам, – снижение базального дыхания с продвижением на юг: Апатиты – Москва – Ростов-на-Дону.
Через 14 месяцев вклад в эмиссию СО2 от микроорганизмов, разлагающих карбоновые кислоты, снизился: особенно заметно в Москве – более чем в 2 раза, в Ростове-на-Дону – на 12 %, а в Апатитах – на 20 %. Для всех станций наблюдалась общая тенденция к увеличению доли реагирующих на внесение углеводов микроорганизмов – в 1,5-2,2 раза.
Микробиологические показатели почвенных конструкций: MBS – углерод микробной биомассы, BR – продуцирование углекислого газа почвой, qCO2 – продуцирование углекислого газа микробиотой (микробный метаболический коэффициент); SC – почвенные конструкции: SC-APA – Апатиты, SC-MSC – Москва, SC-RND – Ростов-на-Дону; Background – фоновая почва.
Сравнение с природными аналогами
По сходству функциональной структуры микробного сообщества можно отметить, что техногенные грунты Москвы и Апатитов были наиболее близки к фоновым почвам в 2020 году. В Ростове-на-Дону они резко отличались от естественных грунтов.
Наиболее значительные изменения в физиологическом профиле микробного сообщества техногенных грунтов наблюдались в Москве по сравнению с Апатитами и Ростовом-на-Дону. Однако на второй год эксперимента в Москве и Апатитах можно отметить сходство функционального профиля микробных сообществ. Ростов-на-Дону и Москва также характеризовались тенденцией к изменению функциональной структуры в сторону естественных сообществ.
Развитие грибов
Биомасса грибов варьировала от 0,073 до 0,790 мг/г почвы. Самая низкая биомасса была отмечена в техногенных грунтах Ростова-на-Дону, самая высокая – в Апатитах. Что касается фоновых почв, то максимальная биомасса в 0,790 мг/г почвы была также отмечена для субарктической зоны. По показателю биомассы ближе всего к фону оказались техногенные грунты Ростова-на-Дону. Для Московской области биомасса грибов в 2 раза ниже, в Апатитах она почти в 3,5 раза ниже, чем на фоновом участке. Большинство грибов было представлено экземплярами небольшого размера, 2-3 мкм.
Результаты исследования
В течение 14 месяцев искусственные почвенные конструкции значительно отличались от своих природных аналогов по количественным параметрам и функционированию микробных сообществ. Они характеризовались низким содержанием микробной биомассы и нестабильным состоянием почвенных. Однако отчётливо видна тенденция к изменению свойств микробных сообществ в сторону естественных аналогов. Например, в почвенных конструкциях, расположенных в Апатитах, увеличилось содержание микробной биомассы и базальное дыхание.
Вероятно, микробные сообщества северных экосистем, имеющие более короткий жизненный цикл, быстрее адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды и, как следствие, за исследуемый период становятся более сходными по своим свойствам со своими природными аналогами. В техногенных грунтах Москвы и Ростова-на-Дону, микробный метаболизм более стабилен, однако и для этих городов характерна тенденция к изменению физиологического профиля микробных сообществ в сторону их естественных аналогов.
Исследование было профинансировано грантом РНФ № 17-77-20046 и государственным заданием 122022400109-7 (FMEZ-2022-0011).
Полный текст исследования опубликован здесь: https://www.researchgate.net/publication/373788321_Microbial_Activity_of_Technosols_Based_on_Peat-Sand_Mixtures_in_Different_Climatic_Zones
