УДК 631.461, 581.55, 504.5:574

РАЗРАБОТКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ БИОЦЕНОТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ СООБЩЕСТВ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИКОРНЕВОЙ ЗОНЫ И ЗЕЛЁНЫХ ГОРОДСКИХ НАСАЖДЕНИЙ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Гаранович Игорь Михайлович1, Хамитова Светлана Михайловна2, Авдеев Юрий Михайлович3, Снетилова Валерия Сергеевна4, Климовская Анжела Романовна5, Селякова Наталья Сергеевна6
1Центральный ботанический сад Национальной академии наук Беларуси, кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией
2Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и агрохимии
3Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры земледелия и агрохимии
4Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, студент
5Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, студент
6Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н. В. Верещагина, студент

Аннотация
В настоящее время в России и в мире, в качестве приоритетных, выходят проблемы обеспечения и поддержания благоприятного для человека качества окружающей природной среды. Зеленые насаждения в городах являются единственным природным компонентом урбанизированной среды и подвергаются сильному стрессу в результате антропогенного воздействия и изменения климата. Для устойчивого развития древесных растений необходимо глубокое комплексное исследование биоценотических связей. В результате исследования будут выявлены биологические принципы формирования экологического равновесия в древесных биоценозах на примере представителей микрофлоры и микрофауны ризосферы зелёных городских насаждений Вологодской области.

Ключевые слова: декоративные растения, почва, сообщества микроорганизмов


DEVELOPMENT OF BIOLOGICAL PRINCIPLES OF THE FORMATION OF A STABLE BIOCENOTIC RELATIONS OF COMMUNITIES OF SOIL MICROORGANISMS OF THE ROOT ZONE AND URBAN GREEN SPACES OF THE VOLOGDA REGION

Garanovich Igor Mihaylovich1, Hamitova Svetlana Mihaylovna2, Avdeev Yuriy Mihaylovich3, Snetilova Valeriya Sergeevna4, Klimovskaya Anzhela Romanovna5, Selyakova Natalya Sergeevna6
1Central Botanical garden of the National Academy of Sciences of Belarus, Ph.D., Associate Professor, Head of the Laboratory
2Vologda state milk industry Academy named after N. In. Vereshchagin, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agriculture and Agricultural Chemistry
3Vologda state milk industry Academy named after N. In. Vereshchagin, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agriculture and Agricultural Chemistry
4Vologda state milk industry Academy named after N. In. Vereshchagin, student
5Vologda state milk industry Academy named after N. In. Vereshchagin, student
6Vologda state milk industry Academy named after N. In. Vereshchagin, student

Abstract
Currently in Russia and worldwide, as a priority, come the problems of obtaining and maintaining a favorable quality of the natural environment. Green spaces in cities are only a natural component of the urban environment and are highly stressed as a result of anthropogenic impact and climate change. For the sustainable development of woody plants need deep, comprehensive study of biocenotic relationships. The research will identify the biological principles of formation of the ecological balance in forest biocenosis on the example of representatives of the microflora and microfauna of the rhizosphere of green urban spaces of the Vologda region.

Keywords: community of micro-organisms, ornamental plants, soil


Рубрика: 03.00.00 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Гаранович И.М., Хамитова С.М., Авдеев Ю.М., Снетилова В.С., Климовская А.Р., Селякова Н.С. Разработка биологических принципов формирования устойчивых биоценотических связей сообществ почвенных микроорганизмов прикорневой зоны и зелёных городских насаждений Вологодской области // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/10/58616 (дата обращения: 20.11.2016).

Рост и развитие, состояния декоративных древесных растений в урбанизированной среде зависит от целого ряда факторов. В урбанизированной среде наблюдается интегральное воздействие негативных факторов природного и антропогенного характера на фитосанитарное состояние, декоративные качества, рост и развитие растений, их способность к репродукции. Наиболее полно изучены эти связи с воздушными поллютантами, тяжелыми металлами, водным режимом и агрохимическим составом почв, погодно-климатическими погодными условиями.

В почве источник для существования микроорганизмов – прежде всего растительные остатки,  а прижизненные корневые выделения растений дополняют основной питательный фонд. Различается доступность в качестве ресурса питания фитомасса разных видов и разных частей растений. Труднее всего разлагаются корни [12]. Доля корневых выделений от общего количества синтезированного растением органического вещества в настоящее время оценивается в 20 – 30%, а в отдельных случаях даже до 50% [13] Наряду с корневыми выделениями в почву поступают опад корневых волосков, эпидермиса корня и отмирающие гифы микоризы [14]. Например, в травяных осоковых болотах главную роль играют корни осок. Общая продукция осоковых болот составляет 870 г/м2 в год, из которых на зеленую фитомассу приходится 25 и на подземную – 75%. Состав корневых выделений видоспецифичен, а учитывая величину корневой массы, он неизбежно корректирует состав и активность микробов.

Большинство исследователей считают выделение корнями органических веществ нормальной функцией растений. В составе корневых выделений растений обнаружены 10 сахаров, 21 аминокислота, 11 органических кислот, 10 витаминов, 4 нуклеотида, алкалоиды, антибиотики, ростовые вещества, токсины. Количество и состав корневых выделений меняются в зависимости от вида и фазы развитии растения [15]. Влияние характера растительности на количество и состав микроорганизмов отмечали как в лабораторных исследованиях, так и в натурных наблюдениях на разных почвах [16, 17, 18].

Анализ широкого спектра литературы и собственные исследования позволили [17] придти к заключению о наличии антимикробных свойств у всех жизнеспособных частей и органов растений, что обеспечивается продуцированием растительными клетками разного состава антибиотических веществ, ингибирующих развитие микроорганизмов не только внутри растительных тканей, но и на некотором расстоянии от них. В связи с этим под естественной растительностью, адаптированной к определенному микробному населению, численность эдафобионтов ниже. Кроме того, распашка почвы приводит к выносу из почвы газообразных продуктов метаболизма, сдерживающих рост микроорганизмов.

Почвенные же сообщества микроорганизмов в этой связи изучены значительно меньше и в основном на примере микробов. По микрофлоре почв известны лишь отдельные работы. В то время как фитосанитарное состояние, городских экосистем в значительной степени определяется именно этим фактором.

Взаимоотношения почвенных микроорганизмов и декоративных древесных растений непосредственно практически не изучены. О них можно судить лишь из общих закономерностей таких связей. Здесь просматривается и прямая связь охраны окружающей среды и утилизации экологически опасных поллютантов [1]. Особенности воздействия микофлоры прикорневой зоны почв на формирование и сосстояние деревьев и кустарников в условиях урбаносреды, таким образом, изучены недостаточно, а без учета данных характеристик растений не представляется возможным создание экологически эффективных и здоровых насаждений города. На примере зеленых насаждений в урбанизированной среде Беларуси и Вологодской области такие исследования не известны.

Зеленые городские насаждения являются очень посещаемыми местами городского пространства, поэтому требуют к себе пристального всестороннего внимания, в том числе и с позиции исследования почвенной микрофлоры. Подобные исследования играют все возрастающую роль в мире в изучении фитосанитарного состояния экосистем (Goldsmith, James et al., Condit et al., Laurance, Bierregaard).

Многие, содержащиеся в почве микроорганизмы, являются фитопатогенами [2, 3].

Значительная роль в регуляции роста, развития растений и в формировании микробно-растительных взаимодействий принадлежит фитогормонам стимулирующего (ауксины, цитокенины, гиббереллины) и ингибиторного (абсцизовая кислота, этилен) действия [4, 5, 6, 7].

Существенную роль в Оптимизации количественного и качественного состава сообществ микроорганизмов в корнеобитаемом слое играет внесение органических удобрений [8, 9, 10], среди которых особое место занимает биогумус.

Существенное положительное влияние на рост и развитие декоративных древесных растений оказывают микробактериальные препараты, такие, например, как Гордебак и Бактопин [11].

Повышение долговечности и декоративности древесных растений в условиях урбанизированной среды – актуальная задача современного зеленого строительства. Многочисленные исследования направлены на минимизацию негативного воздействия многих агрессивных факторов в условиях города. Все большую актуальность приобретают биологические приемы и технологии. Проблема экологизации, оздоровления окружающей среды и городов остается актуальной, не смотря на усовершенствование технологий содержания зеленых насаждений, подбор устойчивого ассортимента и т. п. В этой связи значительные успехи имеет почвенная энзимология, почвенная микробиология. Однако в целом роль почвенных микроорганизмов как сообществ в оптимизации условий содержания зеленых насаждений, повышении их долговечности и качества остается малоизученной.

Почвенные микроорганизмы играют существенную роль в обеспечении ее плодородия и, как следствие, влияют на рост и развитие растений. Для декоративного садоводства эта проблема достаточно актуальна, так как растения произрастают в условиях агрессивной городской среды и такой экологический фактор, как сообщество микроорганизмов, в корнеобитаемом слое порой может оказывать решающую роль в обеспечении долговечности и декоративности древесных насаждений. Идея проекта состоит в установлении связи и зависимости состояния, особенностей роста и развития декоративных древесных растений от количества содержащихся в почве прикорневой зоны микроорганизмов и их активности в условиях городской среды.

Для решения обозначенной проблемы нужно решить следующие задачи:

  1. Установить количественные параметры содержания почвенных микроорганизмов в условиях городской среды;
  2. Дать агрохимическую оценку почв;
  3. Дать комплексную оценку состояния древесных растений;
  4. Установить связи особенностей роста, развития и устойчивости декоративных древесных растений от количества содержащихся в почве прикорневой зоны микроорганизмов и их активности;
  5. Изучить изменения биоценотических связей на устойчивость ценозов;
  6. Разработать рекомендации по оптимизации сообществ почвенных микроорганизмов в прикорневой зоне декоративных древесных растений.

Результаты и обсуждение

С целью изучения микрофлоры и микрофауны ризосферы древесно-кустарниковой растительности используем метод фитосанитарного мониторинга, основанный на новейших достижениях научно – технического прогресса: дистанционная фитосанитарная диагностика, геоинформационные системы для мониторинга и управления состоянием растительных сообществ.

С целью изучения биоразнообразия и состояния древесно-кустарниковой растительности применяем современные точные методы и подходы, объективно оценивающие и раскрывающие разнообразие растительных сообществ региона исследования: Популяционно-демографические методы анализа биоразнообразия растительных сообществ: оценка состояния ценопопуляции по типу онтогенетического спектра; представления о популяционных стратегиях видов (ранне- и позднесукцесионные виды). Методы анализа видового и структурного разнообразия растительных сообществ: расчет видового разнообразия растительных сообществ и их комплексов (альфа-, бета- и гамма- разнообразие); эколого-ценотическая структура растительных сообществ; оценка экологического пространства растительных сообществ; оценка структурного разнообразия растительных сообществ; типология растительных сообществ; изучение видового богатства, обилия и видового состава, расчёт и анализ широкоупотребляемых индексов биологического разнообразия: индекс Симпсона, индекс Шенона, индекс общности для количественных данных; кластерный анализ; модели распределения видового обилия.

Для комплексного изучения изменения биоценотических связей на устойчивость ценозов применяем метод функциональной диагностики растений на микробиологическом, почвенном уровнях с целью выявления воздействия среды на растительный покров и формирование рекомендаций по внедрению устойчивых и средостабилизирующих интродуцентов.

В качестве объектов исследования выбраны основные хвойные и лиственные паркообразующие породы декоративных древесных растений, произрастающие в парках Вологодской области.

В результате проведения данных исследованийбудут получены следующие результаты:

Будут разработаны методические подходы в исследованиях взаимосвязей между развитием почвенной ризосферной микрофлоры и микрофауны и микроорганизмов веток и листьев древесно-кустарниковой растительности, а также установлены разнообразия микрофлоры и микрофауны в ризосфере разнотравья под пологом деревьев.

Будет создана коллекции микроорганизмов паразитов растений и их антагонистов.

Будет установлено соотношения по частоте встречаемости фитопатогенных видов к антагонистам.

Будут сформулированы новые данные о составе прикорневой микрофлоры и микрофауны и развитии растений в условиях урбанизированной среды.

Будет пополнена коллекция микроорганизмов паразитов растений и их антагонистов.

В вегетационных опытах будет установлено численное значение соотношения частоты встречаемости для устойчивого развития растений.

Будут установлены корреляции значений полученных в вегетационных опытах в условиях урбанизированной среды.

Будет создана база данных о количественном и видовом составе микрофлоры и микрофауны в почве прикорневой зоны.

Будет создана модель изучения изменчивости в развитии биотопов зелѐных городских насаждений. Полученные данные будут использованы в практике озеленительных организаций при создании почвогрунтов в технологическом процессе посадки растений.


Библиографический список
  1. Экология микроорганизмов /А.И. Нетрусов [и др.] / под ред. А.И. Нетрусова. – 2-е изд. – М.: Изд-во Юрайт, 2013. – 268 с.
  2. Желдакова, Р.А. Фитопатогенные микроорганизмы / Р.А. Желдакова, В.Е. Мямин // Минск: БГУ, 2006. – С. 23-69.
  3. Agrios, G.N. Plant pathology / G.N. Agrios. – Elsevier Acad. Press, 2004. – 922 p.
  4. Микроорганизмы – продуценты стимуляторов ростарастений и их практическое применение / Е.А. Цавкелова [и др.] // Прикл. Биохимия и микробиология. – 2006. – Т. 42, № 2. – С. 133-143.
  5. Bloemberg, G. V. Molecular basis of plant growth promotion and biocontrol by rhizobacteria / G. V. Bloemberg, B.J. Lugtenberg // Curr. Opin. Plant Biol. – 2001. – Vok. 4, № 4. – P. 343-350.
  6. Мишке, И.В. Микробные фитогормоны в растениеводстве / И.В. Мишке. – Рига: Зинатне, 1988. – 151 с.
  7. Фитозащитные и рострегулирующие свойства метаболитных препаратов на основе почвенных стрептомицетов / Л.А. Белявская [и др.] // Докл. НАН Украины. – 2015. – № 1. – С. 131-137.
  8. Панников, В.Д. Почва, климат, удобрение и урожай/ В.Д. Панников, В.Г. Минеев. – М.: Колос, 1977. – 416 с.
  9. Кононова, М.М. Органическое вещество почвы, его природа, свойства и методы изучения / М.М. Кононова. – М., 1963. – 315 с.
  10. Красильников, Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения / Н.А. Красильников. – М.: Изд-во АН СССР, 1958 – 463 с.
  11. Сафронова Г.В., Гаранович И.М., Алещенкова З.М. Влияние микробных препаратов на рост и развитие декоративных древесных растений // «Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты». – Сб. н. трудов. Том 7, 2015. – С. 266 – 277.
  12. Johnson J. M.-F , N. W. Barbour and S. L. Weyers. Chemical Composition of Crop Biomass Impacts Its Decomposition. // Soil Science Society of America. 2007. V71.P.155-162.
  13. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв.Учебник. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1989. – 336 с.
  14. Роде А.А, Смирнов В.Н. Почвоведение. Учебник для лесохозяйственных вузов // АА. Роде, В.Н. Смирнов.- М.:Высшая школа, 1972.- 480 с.
  15. Красильников Н.А. Микроорганизмы почв и высшие растения.- М.: Наука, 1958.- 463 с.
  16. Горбенко А.Ю., Паников Н.С. Количественное описание динамики роста гетеротрофных микроорганизмов в почве в связи с первичным продукционным процессом в биогеоценозе // Журнал общей биологии,1989. Т.1. № 1.С. 38-59.
  17. Самцевич С.А. Взаимоотношения микроорганизмов почвы и высших растений / Микроорганизмы почвы и растения . Минск: Наука и техника, 1972. С.3 – 67.
  18. Пристром В.Т. Дрожжи ризосферы растений на торфяно-болотных почвах / Микроорганизмы почвы и растения . Минск: Наука и техника, 1972. С.185-191.


Все статьи автора «Авдеев Юрий Михайлович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация