Автор: Л. М. Загуральская
Известно, что максимальное количество микроорганизмов содержится в самом верхнем слое торфяной залежи, в котором, как теперь установлено, происходят основные процессы торфообразования.
Характер торфообразовательного процесса и скорость его разложения в значительной мере определяется флористическим составом растений. Лабораторными опытами была доказана возможность биологического разложения разнообразных растений-торфообразователей. Полевые опыты по разрушению растений-торфообразователей проводились на торфяной опытной станции Института торфа БССР.
В своих исследованиях мы пытались установить скорость разложения некоторых торфообразователей в условиях болот. Западной Сибири. Опыт был заложен в середине июля 1964 г. на участке осушенного лесного низинного болота в Тимирязевском леспромхозе Томской области. Закладывая в торфяную почву свежие растения, мы имели в виду проследить за их разложением при вспашке и перевертывании пластов в случае подготовки торфяной почвы под лесные культуры.
Автор приносит искреннюю благодарность старшему научному сотруднику Лаборатории лесного болотоведения Л. С. Козловской за руководство работой и доценту кафедры физиологии и биохимии растений Томского университета Л. И. Потехиной за консультации и указания.
Для выяснения скорости разложения надземных органов некоторых торфообразующих растений и их частей были взяты листья березы (Betula pubescens); хвоя кедра (Pinus sibirica), стебли и листья осоки (Carex lasiocarpa); смесь болотного разнотравья, состоящая из лабазника (Filipendula ulinaria), папоротника-страусопера (Matteuccia strathiopteris) и вейника ланцетного (Calamagrostis lanceolata); а также сфагновый мох (Sphagnum magellanicum).
Этот материал был собран с разных болот и помещен в наиболее благоприятные условия (травяно-древесный торф низинного болота с влажностью 67—79%, зольностью 17,2% и степенью разложения 39%).
150 г растительной массы (сырой вес), предварительно измельченной на кусочки размером 15—20 мм, закладывались на глубину 10 см в мешочках из капроновой ткани. Мешочки имели одинаковое поперечное сечение, что выравнивало условия проникновения почвенной микрофлоры в растительную массу. При закладке опыта определялась влажность растительного материала. В дальнейшем через 40, 65 дней и 12 месяцев определялись влажность, потеря сухого вещества, характеризовавшая интенсивность разложения, динамику развития и смен основных групп микрофлоры.
Микробиологические исследования велись по методике, разработанной Отделом почвенной микробиологии Института микробиологии Академии наук СССР. На мясо-пептонном агаре (МПА) учитывалось общее количество аммонификаторов с выделением в отдельные группы споровых, флюоресцирующих и желтопигментных бактерий; на крахмало-аммиачном агаре (КАА) учитывались бактерии и актиномицеты, усваивающие минеральные источники азота; на агаре Эшби — общее количество олигонитрофилов; в пастеризованном посеве на МПА + сусло-агар — споровые бактерии, находящиеся в момент анализа в состоянии спор. Из общего количества их выделялись наиболее распространенные виды. Аэробные клетчаткоразлагающие микроорганизмы выделялись на агаризованной среде Гетчинсона по методу Пушкинской.
В связи с тем, что уже во время первого отбора образцов было установлено резкое различие в степени разложения листьев березы и хвои кедра, все анализы этих фракций спада проведены раздельно.
Наблюдения показали, что разложение растений-торфообразователей шло с различной скоростью. В первые 40 дней микроорганизмы быстрее всего развивались в разнотравье и листьях березы, затем в осоке; немного было микроорганизмов в хвое кедра и совсем мало в сфагновом мхе. Так, количество аммонификаторов в разнотравье достигало 4,8 млрд, на 1 г абсолютно сухого вещества торфообразователей, незначительно от него отличалось микронаселение листьев березы, в то время как во мхе количество микроорганизмов едва превышало 2 млн. на 1 г. За это время разнотравье потеряло 63,48% начального сухого веса, листья березы 83,14%; разложение хвои кедра и сфагнового мха шло медленнее — потеря сухого вещества у хвои составила 58% и у сфагнового мха 52,6%.
Для всех торфообразователей доминирующей группой среди аммонификаторов на первом этапе разложения были флюоресцирующие бактерии, на втором месте желтопигментные, споровые же составляли небольшую часть.
Для микроорганизмов, растущих на агаре Эшби и на крахмало-аммиачном агаре, характерна та же связь численности микронаселения с видом растений, что и для аммонификаторов. Количество бактерий, усваивающих минеральные соединения азота, почти во всех случаях оказывается намного меньше, чем аммонификаторов. Актиномицеты встречались единично.
Максимум в развитии микроорганизмов на растительных остатках наблюдался через 65 дней. Плотность микробного населения убывала в уже отмеченной последовательности. Общее количество аммонификаторов возросло в 6—14 раз. С наступлением осени сильно увеличилось количество спор (в пастеризованном посеве). Особенно характерно для второго этапа разложения резкое увеличение числа микроорганизмов, развивающихся на КАА, что указывает на большую минерализацию органического вещества. Микроорганизмы, усваивающие минеральные соединения азота, развивались более обильно в разнотравье, листьях березы и осоке. Микрофлора сфагнового мха в количественном отношении осталась почти без изменений.
По мере того как степень разложения отдельных растений-торфообразователей увеличивалась, микронаселение становилось беднее. Так, к моменту снятия опыта наблюдался сильный спад в развитии микроорганизмов на разнотравье, листьях березы и осоке. Микрофлора хвои кедра и сфагнового мха только к этому времени достигала максимума. Среди аммонифицирующих бактерий относительно увеличилась группа споровых. Общее число бактерий на крахмало-аммиачном агаре заметно превосходило число аммонификаторов. Как и в первые периоды опытов, актиномицеты встречались несистематически и в небольшом количестве.
В разложении целлюлозы принимали участие миксобактерии и грибы. В первые месяцы целлюлоза разрушалась в основном за счет миксобактерий; через 12 месяцев в ее разрушении ведущую роль играли грибы из рода Chaetomium. Та и другая группа организмов разлагает клетчатку полностью, так что через четыре месяца иногда было трудно обнаружить остатки фильтров.
Таким образом, различные торфообразователи разлагаются в естественных условиях с неодинаковой скоростью. Если разложение листьев березы почти заканчивается к концу года, разложение сфагнового мха в это время только начинается. Степень разложения разнотравья, хвои кедра и осоки в конце срока различается незначительно. Наивысшая потеря сухого вещества для разнотравья, осоки и кедра приходится на первые 40 дней, но достигает только 50—60%, тогда как листья березы теряют в это время уже 91%. Сфагновый мох даже в условиях низинного болота разлагается очень медленно. Наибольшая потеря сухого вещества этого мха приходится на первый месяц (52,6%), а за последующие одиннадцать месяцев убыль сухого веса составляет только 40%. Л. А. Румянцева (1939) отмечает большую устойчивость Sphagnum к воздействию микроорганизмов, объясняя это прочностью углеродного комплекса. В опытах В. Э. Понтович (1939), которые были поставлены в искусственных условиях, Sphagnum потерял в течение 10 месяцев в среднем 8% исходного материала. Таким образом, полученные нами результаты согласуются с выводами других авторов, однако в наших условиях разрушение сфагнового мха шло более энергично.
Через два месяца убыль в весе листьев березы и хвои кедра превышала первоначальные потери на 9—10%. В последующее время разрушение торфообразователей замедлилось, но не прекратилось полностью. Так, за оставшиеся 10 месяцев хвоя кедра потеряла еще 29,0% и листья березы 5,0% от начального веса.
Полученные данные подтверждают ранее опубликованные наблюдения Т. А. Шинкаревой (1960), которая пришла к выводу, что скорость и степень разложения растений-торфообразователей зависят от вида. Закономерная смена интенсивности процессов разрушения свежих растений и замедление разложения после двухмесячного пребывания в торфе также отмечены в выводах цитируемого автора. Однако наши опыты поставлены в иных условиях и с другими растениями, процесс разрушения протекал с большей энергией, чем это наблюдалось Шинкаревой.
В развитии микроорганизмов на различных торфообразователях тоже наблюдается определенная закономерность. Так, в разложении разнотравья, листьев березы и осоки принимает участие наибольшее число микробов. Максимум в развитии микроорганизмов приходится на второй период опыта, т. е. на осень. По мере разложения растений, видимо, накапливаются органические соединения, которые могут легко усваиваться микробами, в связи с чем и создаются наиболее благоприятные условия для их развития и размножения. В последующие месяцы, судя по полученным данным, происходит минерализация уже частично разложенных растительных остатков. В первый период опыта число аммонификаторов почти во всех случаях превосходит количество микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота, но через 12 месяцев число последних возрастает в два — четыре раза по сравнению с количеством аммонификаторов.
Как показали наши опыты, в условиях болот Сибири наиболее легко и полно разлагаются листья березы, разнотравья, молодая хвоя кедра и осока. Но период разложения этих растений, за исключением березы, не ограничивается одним годом.
Выводы
1. В торфе низинного болота в течение года наиболее полно и легко разлагаются листья березы, за ними следует разнотравье, хвоя кедра и осока. Сфагновый мох разрушается очень медленно.
2. Максимальные потери сухого вещества для всех растений-торфообразователей отмечены в первые 40 дней, в дальнейшем разложение замедляется. Период распада взятых для опыта растений не ограничивается одним годом.
3. Наибольшее количество микроорганизмов во все сроки опыта наблюдалось на разнотравье; за ними следовали листья березы и осока. Максимум в развитии микроорганизмов отмечен через два месяца после закладки опыта.