Влияние различных соединений азота и фосфора на почвенных энхитреид (oligochaeta, enchytraeidae)
На правах рукописи
Панченко Ирина Алексеевна
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
АЗОТА И ФОСФОРА НА ПОЧВЕННЫХ ЭНХИТРЕИД
(Oligochaeta, Enchytraeidae)
03.00.16 – Экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва
2007
Работа выполнена в лаборатории биоиндикации Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова Российской Академии Наук
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор А. Д. Покаржевский
Официальные оппоненты: доктор биологических наук Н.А. Кузнецова кандидат биологических наук Л.Б. Рыбалов
Ведущая организация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Защита состоится 17 апреля 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.213.01 по защите докторских диссертаций при Институте проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН по адресу: 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 33. Факс: (495) 952-35-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 33.
Автореферат разослан 15 марта 2007 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат биологических наук Т.П. Крапивко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Соединения азота и фосфора играют ключевую роль в функционировании живых организмов, формировании их продукции в экосистемах, биологическом круговороте Покаржевский, (Одум, 1971;
Криволуцкий, 1981). Исследования круговорота элементов в наземных сообществах показали, что особое место среди ресурсов питания почвенных животных занимает азот (Satchell, 1980). Для своего роста и развития микроорганизмы и растения способны усваивать азот в минеральных формах (Руссель, 1977), а животные – только в виде органических веществ – белков, аминокислот (Проссер, 1977). Минеральные формы азота являются токсичными для почвенных организмов, что подтверждается практикой внесения азотных удобрений (Алейникова, 1969;
Тишлер, 1970;
Axelsson et al., 1973;
Marshall, 1977;
Lohm et al., 1977;
Abrahamsen, Thompson, 1979;
Самерсов, 1981). О влиянии органических удобрений на основе отходов микробиологической, пищевой, кожевенной промышленности, в которых связанный азот частично содержится в белковых веществах и аминокислотах, известно немного.
Минеральные фосфаты как удобрения часто применяются в виде смесей с минеральными соединениями азота в определенных соотношениях, чтобы увеличить доступность азота для растений и снизить его потери и негативное влияние на почву, и грунтовые воды (Заболоцкая, 1985;
Кореньков, 1985).
Фосфаты не рассматриваются как токсические соединения, так как при избытке связываются в почве и становятся малодоступными для биоты.
Почвенные организмы являются не только удобными индикаторами химических изменений в почве при загрязнении, но и объектами зоокультуры, которая требует получения стабильной и высокой продукции (Rmbke, 1995;
Rmbke, Moser, 1999;
Phillips, 2003;
Filimonova, Pokarzhevskii, 2000;
Didden, 2003). К таким объектам относятся почвенные олигохеты – энхитреиды, продукция которых должна зависеть от содержания белка в их пищевом субстрате, так как его содержание в самих животных достигает 55-83% (Pokarzhevskii et al., 2003).
До настоящего времени практически неизвестно, какие уровни концентраций белков и аминокислот снижают размножение почвенных энхитреид, влияют ли минеральные фосфаты на изменение токсичности минеральных соединений азота для данной группы организмов.
Цель исследования - оценить влияние различных соединений азота и фосфора на почвенных энхитреид.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1) Установить степень влияния вносимых в почву белков на модельные виды энхитреид Enchytraeus crypticus и Cognettia sphagnetorum;
2) Оценить степень влияния вносимых в почву аминокислот на модельный вид энхитреид Enchytraeus crypticus;
3) Оценить степень влияния смеси минеральных соединений азота и фосфора в почве на примере модельного вида энхитреид Cognettia sphagnetorum.
Научная новизна. Впервые установлены особенности влияния на энхитреид аминокислот и белков различной биологической ценности при внесении их в почву. Показано, что состав белков определяет степень их воздействия на успех размножения энхитреид. Обнаружено, что белковые соединения и аминокислоты при внесении в почву могут подавлять размножение энхитреид в дозах, сравнимых с содержанием белка в почве.
Выяснен характер изменений влияния минеральных соединений азота на C.
sphagnetorum при внесении соединений фосфора, а также описана динамика этих процессов во времени.
Практическая значимость. Проведенные исследования являются основой для использования белков в поддержании зоокультур почвенных олигохет, прогнозирования последствий загрязнения почвенной среды белковыми соединениями, оценки применения минеральных соединений азота и фосфора в почве лесных культур.
Результаты работы используются в чтении курсов «Основы биогеохимии», «Биогеография почв», курсе общей экологии на географическом факультете Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и Тульского государственного университета им. Л.Н.Толстого.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференции «Зоокультура и биологические ресурсы» (Москва, 2004), на Международном симпозиуме по энхитреидам на (Эстония, 2004), Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв» (Москва, 2004), на Конференции молодых сотрудников и аспирантов Института проблем экологии и эволюции РАН «Актуальные проблемы экологии и эволюции в исследованиях молодых ученых» (Москва, 2004), на Международном коллоквиуме по почвенной зоологии и экологии в Руане на Международной конференции аспирантов по (Франция, 2004), эволюционной биологии (Франция, 2005).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в печатных работах.
Структура и объем диссертации. Основной текст диссертации изложен на 120 страницах и состоит из введения, 5 глав и выводов. Работа содержит таблиц, 35 рисунков. Список литературы включает 160 источников, в т.ч. 90 на иностранных языках.
Благодарности. Искреннюю благодарность выражаю научному руководителю проф. д.б.н. А.Д. Покаржевскому за всестороннюю помощь и поддержку. Я хочу особо поблагодарить вед.н.с., к.б.н. Л.Г.Бязрова за ценные советы и замечания. Отдельные слова благодарности н.с., к.б.н.
К.Б.Гонгальскому и н.с., к.г.н. А.С.Зайцеву, чью помощь и поддержку в работе сложно переоценить. Хочется поблагодарить с.н.с., к.б.н. А.Г.Викторова, к.б.н.
С.В.Шахаб, Ф.А. Савина (ИПЭЭ РАН), к.б.н. Ж.В. Филимонову (ТГУ), А.И.
Карпова (НИиПИЭГ).
Отдельные слова благодарности выражаю профессору Т. Першону (Sveriges Landbruksuniversitet, Uppsala) за помощь в определении энхитреид.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 03-05-64127, 06 05-64902), Шведского Института, Международной Соросовской программы, Фонда содействия отечественной науке.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В главе анализируются отечественные и зарубежные публикации о роли азота и фосфора в функционировании живых организмов;
история исследований влияния соединений азота и фосфора на почвенных олигохет;
некоторые особенности экологии энхитреид, их использование в зоокультуре, биоиндикации и экотоксикологии почв.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Животные. Культура энхитреид E. crypticus содержалась в лаборатории биоиндикации ИПЭЭ РАН. Жизненный цикл – 30 дней. E. сrypticus размножается половым путем и является модельным видом в экотоксикологических исследованиях (Rmbke et al., 1995;
Филимонова, 2000).
Работа проводилась с синхронизированной культурой энхитреид.
Второй вид, C. sphagnetorum, доминирует в бореальных лесах (Nurminen, 1967;
Abrahamsen, 1972;
Persson, 1980). Он также используется как модельный в почвенно-биологических экспериментах (Huhta, 1984;
Briones at el., 1998a;
Laakso et al., 1999;
2000).
Субстрат. В качестве субстрата в экспериментах использовали дерново подзолистую почву из смешанного леса около Боровской учебно-научной станции МГУ в Калужской обл. (5513 с.ш., 3622 в.д.) и подзолистую оторфованную почву из ельника-черничника в окрестностях г. Упсала (59° с.ш., 1733 в.д.). Почву освобождали от корней и других органических остатков, высушивали при 30С. Дерново-подзолистую почву размалывали на кофемолке и просеивали через сито с ячеей 2 мм и 0,25 мм, а подзолистую оторфованную – через сито с ячеей 5 мм. Фракции больше 2 мм и мельче 0, мм для дерново-подзолистой почвы и более 5 мм для подзолистой оторфованной отбрасывали.
Вещества, использованные в экспериментах. В экспериментах с E.
crypticus были использованы белки [бактериальный пептон (БП), бычий сывороточный альбумин желатин и казеин], незаменимые (БСА), аминокислоты (метионин и триптофан), овсяные хлопья и глюкоза.
В эксперименте с C. sphagnetorum был использован бактериальный пептон.
Для оценки влияния минеральных соединений азота на C. sphagnetorum использовали мочевину и нитрат аммония, а соединений фосфора – пирофосфат натрия и фосфат кальция.
Использовали вещества производства фирмы Sigma. Овсяные хлопья марки «Экстра».
Проведение экспериментов.
2.1. Эксперимент с E. crypticus. После предварительной оценки и в соответствии со стандартным протоколом экотоксикологического тестирования (Rmbke et al., 1989) для оценки влияния белков и аминокислот были выбраны следующие концентрации: 0 (контроль);
1,0;
1,8;
3,2;
5,6 и 10,0 мг/г почвы.
Белки или аминокислоты вносили по отдельности в сухую почву и распределяли ее по пластиковым стаканам объемом 100 мл по 10 г (по повторности для каждой концентрации вносимого вещества). Затем почву смачивали дистиллированной водой, в количестве, соответствующем 60% максимальной водоудерживающей способности. В каждый стакан вносили по 10 взрослых энхитреид из синхронизированной культуры, накрывали пищевой пленкой, помещали в термостат при температуре 20±2°С и еженедельно добавляли 4-5 мл воды. В экспериментах с добавлением к белкам овсяных хлопьев или глюкозы, вносили по 25 мг этих веществ на стакан. После 2-х недель эксперимента взрослых животных удаляли, а через 4 недели стаканы заливали 10 мл спирта и добавляли по 2-3 капли 1%-ного спиртового раствора бенгалроз. Через сутки подсчитывали количество окрашенных молодых животных.
2.2. Эксперимент с С. sphagnetorum и белком. В эксперименте с C.
sphagnetorum подзолистую оторфованную почву отбирали из расчета 20 г сухой массы на стакан и в соответствии со схемой эксперимента вносили вещества.
После предварительной оценки были выбраны концентрации бактериального пептона 0 (контроль);
1,0;
1,8;
3,2;
5,6;
10,0;
18;
32;
56 и 100 мг/г почвы. Белки вносили в сухую почву и распределяли ее по стаканам объемом 100 мл по 10 г (по 4 повторности для каждой концентрации). В каждый стакан вносили по энхитреид. Продолжительность эксперимента составляла 14 дней.
2.3 Эксперимент с С. sphagnetorum и минеральными соединения азота и фосфора. Для определения влияния одновременного внесения фосфора и азота в почву на был использован ортогональный план C. sphagnetorum двухфакторного эксперимента (Sokal, Rohlf, 1995). Концентрации веществ находятся в кодированной форме (Табл.1).
Таблица 1. План двухфакторного ортогонального эксперимента с внесением минеральных соединений азота и фосфора (Опыты 1, 2, 7, 9 – мочевина и пирофосфат натрия, опыт 3 - мочевина и фосфат кальция, опыт 4, 5, 8 – нитрат аммония и пирофосфат натрия, опыт 6 – нитрат аммония и фосфат кальция).
№ Концентрац Концентрация в % сухой массы гумуса ия в кодированно й форме Опыты все № 1, 3, 4, 6, 9 № 2, 5 № 7, N P N P N:P P N:P P N:P 1 -1 -1 0,00 0,00 0,00 0, 2 1 -1 0,238 0,00 0,00 0, 3 -1 1 0,00 0,05 0,10 0, 4 1 1 0,238 0,05 4,77 0,10 2,38 0,025 9, 5 -1 0 0,00 0,025 0,05 0, 6 1 0 0,238 0,025 9,53 0,05 4,77 0,0125 19, 7 0 -1 0,119 0,00 0,00 0, 8 0 1 0,119 0,05 2,38 0,10 1,19 0,025 4, 9 0 0 0,119 0,025 4,77 0,05 2,38 0,0125 9, Для компенсации возможного воздействия кальция и натрия в эксперименте с внесением минеральных соединений вносили соответствующие количества карбоната кальция или натрия. Затем почву смачивали водой до 60 г общей массы, распределяли по пластиковым стаканам и вносили по 50 особей C. sphagnetorum в каждый (по 3 повторности). Контейнеры помещали в термостат при температуре Продолжительность эксперимента 15±2°С.
составила 4 недели. Для оценки временной динамики влияния мочевины и пирофосфата натрия – 8 недель (с отбором контейнеров спустя 1, 2, 3, 4, 6 и недель). В конце эксперимента животных экстрагировали в воронках Бермана.
Результаты эксперимента оценивали по показателю «успех размножения» – количество молодых особей энхитреид на день подсчета.
Химические анализы. В экспериментах с E. crypticus и C. sphagnetorum измеряли рН в 0,01 М растворе хлористого кальция в соотношении почва:
раствор - 1:2,5 на рН-метре Consort P 600 с точностью до 0,01 рН (Аринушкина, 1970). Концентрацию белка в почве определяли по методике Брэдфорд с индикатором Кумасси G-250.
Статистическая обработка данных. Для оценки воздействия белка и аминокислот на энхитреид использовали описательную статистику и однофакторный дисперсионный анализ (пакеты Statgraphics 5.1 Plus и Statistica 6);
при исследовании влияния различных форм азота и фосфора – метод планирования эксперимента (пакеты Statgraphics 5.1 Plus и Statistica 6). Уровень статистической достоверности, принятой в работе, равен p=0,05.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ БЕЛКОВ НА ЭНХИТРЕИД 3.1. Влияние бычьего сывороточного альбумина, бактериального пептона, желатина на выживание и успех размножения E. crypticus.
Практически все взрослые особи E. crypticus выживали в выбранном диапазоне концентраций вносимых белков, за исключением желатина, где при концентрации 5,6 и 10 мг/г выживаемость была ниже, чем в остальных вариантах, включая контрольный.
Спустя 4 недели максимальная численность молодых особей E. crypticus была отмечена при внесении БСА в концентрации 1 мг/г, желатина – 1,8 мг/г, БП – 3,2 мг/г почвы. Успех размножения в контроле при внесении любого белка был ниже, чем в опыте, за исключением концентрации пептона 10 мг/г (рис. 1). Очевидно, внесение белка в почву стимулирует размножение энхитреид, но только в определенных концентрациях. Различия в этих концентрациях определяются биологической ценностью разных белков, которая зависит от аминокислотного состава (Черников, 1975;
Покаржевский и др., 1987). БСА по аминокислотному составу относится к биологически ценным белкам (Черников, 1975). Он вызывает скачок размножения уже при концентрации 1 мг/г. Низкая питательность желатина и бактериального пептона, бедных незаменимыми аминокислотами (Семенов, 1990), определила максимум размножения при концентрациях 1,8 мг/г и 3,2 мг/г почвы.
70, 60, Количество животных на сосуд 50, 40, 30, 20, 10, 0, 0,00 1,00 1,80 3,20 5,60 10, Концентрация вносимого белка, мг/г бакт ериальный пепт он бычий сыв орот очный альбумин желат ин Рис. 1. Влияние белков (бактериалього пептона, бычьего сывороточного альбумина и желатина) на успех размножения E.crypticus. Результаты дисперсионного анализа: для БСА F=8,17;
p=0.0002;
для желатина F=28,01;
p0.0001;
для БП F=7,95;
p=0.0002.
Различия в реакциях взрослых и молодых форм на внесение белка, возможно, связаны с продуктами разложения белка и продолжительностью влияния на тестируемые организмы (Алейникова и др., 1969;
Marshall, 1977).
Дополнительные исследования с использованием агар-агара в качестве субстрата показали, что токсический эффект наблюдается на уровне коконов.
При увеличении концентрации доступного белка в почве происходит и увеличение продукции токсичных продуктов его разложения, основным из которых является аммиак (Alexander, 1977;
Мишустин, 1985). Возможно его высокие концентрации подавляют выход молодых животных из коконов.
Концентрация 10 мг/г является, вероятно, критической для энхитреид при внесении белков разной пищевой ценности. Она примерно вдвое выше, чем фоновая концентрация белка в дерново-подзолистой почве (5,5 мг/г).
3.2. Влияние БСА и казеина на выживание и успех размножения E.
crypticus.
Выживаемость взрослых особей Е. crypticus не отличалось от контроля, и составила в среднем 95% от их исходного числа. В конце эксперимента максимальная численность молодых животных была отмечена при внесении БСА в концентрации 1 мг/г почвы, казеина в концентрации 1,8 мг/г почвы.
При внесении концентраций БСА 1,0 и 1,8 мг/г почвы количество молодых особей было выше, чем при добавлении казеина в тех же концентрациях.
Концентрация 10 мг/г почвы оказалась более токсичной для БСА, чем для казеина. Успех размножения в контроле был ниже, чем при внесении белков в исследуемых концентрациях. Казеин и БСА оказались более питательными по сравнению с бактериальным пептоном и желатином, поскольку они являются более полноценными по аминокислотному составу (Block, Weiss, 1956).
3.3. Влияние чистого бактериального пептона (ЧБП) и бактериального пептона с добавлением глюкозы (БПГ) и овсяных хлопьев (БПХ) на выживание и успех размножение E. crypticus.
Практически все взрослые особи выживали в диапазоне концентраций вносимого белка, за исключением бактериального пептона с овсяными хлопьями, где при концентрации белка 5,6 и 10 мг/г выживаемость особей была ниже, чем в остальных вариантах, включая контрольный.
Добавление овсяных хлопьев вызывает всплеск размножения по сравнению с чистым белком. Число молодых особей E. crypticus на стакан увеличивалось от контроля к концентрации 1,8 мг/г в случае бактериального пептона с овсяными хлопьями и - 3,2 мг/г бактериального пептона с глюкозой (рис. 2). Влияние одновременного внесения бактериального пептона с хлопьями на успех размножения энхитреид было выше по сравнению с аналогичным экспериментом с глюкозой. Вполне возможно, что для животных добавление овсяных является более существенным. Овсяные хлопья – привычная пища для E. crypticus, культура которой содержится на этом корме.
120, 100, Количество животных на сосуд 80, 60, 40, 20, 0, 0,00 1,00 1,80 3,20 5,60 10, Концентрация вносимого белка, мг/г БП БП+овсяные хлопья БП+глюкоза моногидрат Рис. 2. Влияние белка (чистого бактериального пептона (БП) и с добавлением овсяных хлопьев (БПХ) и глюкозы моногидрат (БПГ)) на размножение E. crypticus. Результаты дисперсионного анализа: для БП F=7,95;
p=0.0002;
для БПХ F=10,67;
p=0.0000;
для БПГ F=8,56;
p0.0165.
3.4. Влияние бактериального пептона на выживание и успех размножения E. crypticus и C. sphagnetorum. Число взрослых Е. crypticus спустя 2 недели после начала эксперимента не отличалось от контроля и составило в среднем 95% от исходного числа. Вместе с тем, число молодых Е. crypticus на стакан увеличивалось от контроля к концентрации бактериального пептона в 3,2 мг/г почвы, а затем снова снижалось практически до нуля в концентрации 10 мг/г почвы. Концентрации белка между 1,8 и 3,2 мг/г почвы оказались оптимальными для развития энхитреид Е. crypticus (ANOVA: р0,002). В ходе эксперимента с С. sphagnetorum оказалось, что, по сравнению с контролем, не обнаружено существенных изменений в количестве энхитреид вплоть до концентрации пептона в 56 мг/г субстрата. При концентрации 100 мг/г все животные погибли, тогда, как при концентрации 56 мг/г их численность составила половину от контроля.
Отсутствие прироста в популяциях C. sphagnetorum по сравнению с E.
crypticus в одинаковых концентрациях объясняется тем, что подзолистая оторфованная почва достаточно богата пищевыми ресурсами (в том числе и белком, в основном грибного происхождения) для энхитреид (Crona et al., 2006). Внесение белка не столь эффективно для C. sphagnetorum, несмотря на то, что наблюдается определенное, но недостоверное превышение числа энхитреид в вариантах с пептоном по сравнению с контролем. Различия в концентрациях белка, при которых животные погибают, возможно, связано с фоновым содержанием белка в почвах. Чем меньше данная величина, тем более низкие концентрации вносимых белков оказывают негативное влияние на животных.
ГЛАВА ВЛИЯНИЕ АМИНОКИСЛОТ И 4. (МЕТИОНИНА ТРИПТОФАНА) НА E.CRYPTICUS Полученные в экспериментальных условиях оценки воздействия аминокислот на показатели энхитреид показали их более низкую питательную ценность по сравнению с белками. Число молодых особей при добавлении метионина в среднем было выше, чем при внесении триптофана во всем диапазоне концентраций потребления аминокислот (рис. 3). [0]Расчет сапрофагами с пищей в лесу и степи показывает, что их количество недостаточно, чтобы удовлетворять потребности популяций. В минимуме при этом находится метионин (Покаржевский и др., 1987). Таким образом, внесение дополнительно аминокислоты вызвало резкое увеличения размножения по сравнению с триптофаном.
50, 45, 40, Количество животных на сосуд 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 0, 0,00 1,00 1,80 3,20 5,60 10, Концентрация вносимых аминокислот, мг/г триптофан метионин Рис.3. Влияние метионина и триптофана на успех размножения E.crypticus. Результаты дисперсионного анализа: для триптофана F=1,36;
p=0.2774;
для метионина F=4,79;
p0.0041.
Многих животных – простейших, насекомых и позвоночных удавалась культивировать или содержать на аминокислотах в качестве единственных источников азота (Levinson, 1955;
Gordon, 1959;
Проссер, 1977). Полученные данные свидетельствуют о том, что для получения высокой и стабильной продукции E.crypticus необходимо вносить биологически ценные белки.
Аминокислоты не могут служить основным источником азота для животных в зоокультуре.
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ АЗОТА И ФОСФОРА НА C. SPHAGNETORUM В ПОДЗОЛИСТОЙ ОТОРФОВАННОЙ ПОЧВЕ Минеральные фосфаты как удобрения часто применяются в виде смесей с минеральными соединениями азота в определенных соотношениях.
Минеральные соединения азота, такие как мочевина и нитрат аммония применяются как удобрения в сельском и лесном хозяйстве и отрицательно влияют на почвенных животных, включая энхитреид (Abrahamsen, Thompson, 1979;
Lohm et al., 1977;
Huhta, 1984). Внесение фосфора также негативно отражается на численности и продуктивности популяций энхитреид (Standen, 1984).
Количество энхитреид 1 0, 0,6 0, 0,2 47 -0, -0,2 -0, -1 -0,6 -0, -0, -1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1 - - 0,2 0,6 NaPP NaPP Мочевина NaPP NH 4NO3 NaPP 83 73 63 53 1 0,6 0, 0,2 0, 43 -0,2 -0, -0, -1 -0,6 -0,2 -0, -1 -0,6 -0, - 0,2 0,6 - 0,2 0, 1 CaPCaP CaP Мочевина NH 4NO3 CaP Рис. 4. Количество молодых особей C. sphagnetorum в экспериментах с внесением мочевины, нитрата аммония, пирофосфата натрия и фосфата кальция.
В нашем эксперименте было установлено, что мочевина малотоксична при отношениях N:P от 2,38 до 9,53 и достоверно не влияет на энхитреид (p0,05).
Нитрат аммония был достоверно токсичнее мочевины при аналогичных отношениях (p0,05).
При внесении минеральных соединений фосфора положительное воздействие на успех размножения энхитреид наблюдалось при одновременном добавлении фосфата кальция и мочевины, а также нитрата аммония при соотношении N:P от 2,38 до 9,53. Влияние пирофосфата было малозаметно при том же отношении N:P.
При внесении высоких концентраций фосфора по отношению к азоту проявляется отрицательное влияние мочевины и пирофосфата натрия на успех размножения C. sphagnetorum (рис.4).
Временная динамика влияния мочевины и пирофосфата натрия показала, что мочевина оказывает достоверное положительное воздействие на успех размножения энхитреид после 1-ой и 3-ей недели, тогда как после 6-ой недели ее влияние становится отрицательным. Влияние пирофосфата натрия на энхитреид было достоверно положительно (p0.005) после 2-ой недели.
Совместное влияние этих веществ было достоверно отрицательным в конце эксперимента (p0,0035).
ВЫВОДЫ Внесение белка в почву стимулирует размножение и не вызывает 1.
токсических эффектов у взрослых энхитреид E. crypticus при добавленных концентрациях ниже, чем естественная концентрация белка в дерново подзолистой почве (5,5 мг/г). При больших концентрациях белка происходит подавление размножения и снижается выживаемость взрослых энхитреид E. crypticus.
Успех размножения E. crypticus зависит от биологической ценности 2.
белка. Биологически ценные белки и казеин) достоверно (альбумин стимулируют размножение в большей степени, чем бактериальный пептон и желатин. Альбумин вызывает максимальный прирост числа молодых особей при концентрации внесенного белка в 1 мг/г почвы, казеин и желатин - при 1, мг/г, а бактериальный пептон – 3,2 мг/г.
Бактериальный пептон стимулирует размножение C. sphagnetorum 3.
при концентрациях 1-18 мг/г почвы, а при концентрациях 56 мг/г снижает успех размножения наполовину и при 100 мг/г – до нуля.
Стимулирующий эффект вносимого белка еще более заметен при 4.
одновременном внесении овсяных хлопьев или глюкозы. При этом одновременное внесение овсяных хлопьев и белка оказывало достоверно более сильный положительный эффект на успех размножения энхитреид E. сrypticus, чем при внесении глюкозы и белка.
Незаменимые аминокислоты (метионин и триптофан) повышали 5.
успех размножения энхитреид при концентрациях 1,0-3,2 мг/г почвы, но в меньшей степени, чем белки. Метионин оказывал более сильное стимулирующее влияние на энхитреид, чем триптофан.
В экспериментах с одновременным внесением в почву минеральных 6.
соединений азота и фосфора показано, что при среднем отношении азота к фосфору 9,53 (как в организмах энхитреид) нитрат аммония оказывает большее токсическое воздействие на энхитреид C. sphagnetorum, чем мочевина, а фосфат кальция больше, чем пирофосфат натрия. При увеличении концентрации фосфора в почве токсичность соединений азота снижалась.
Временная динамика совместного влияния внесения мочевины и 7.
пирофосфата натрия носит волнообразный характер;
в первые 3 недели это влияние положительное, по истечении 4-х недель достоверного влияния не обнаруживается, а через 6-8 недель становится негативным.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Гонгальский К.Б., Савин Ф.А., Филимонова Ж.В., Покаржевский А.Д., Панченко И.А. Определение базовых физико-химических почвенных характеристик // Методы исследования структуры, функционирования и разнообразия детритных пищевых цепей. Методическое руководство. М.: ИПЭЭ РАН, 2003. С. 27-37.
2. Покаржевский А.Д., Панченко И.А. Определение ферментативной активности почвы // Там же. 2003. С. 38-44.
3. Покаржевский А.Д., Панченко И.А. Эвакуация содержимого пищеварительного тракта у крупных почвенных беспозвоночных для оценки биомассы // Там же. 2003. С. 70-71.
4. Гонгальский К.Б., Савин Ф.А., Панченко И.А., Покаржевский А.Д.
Количественная оценка активности почвенной фауны зимой // Доклады АН. 2003.
Т. 392. № 1. С. 135-137.
5. Pokarzhevskii A.D., Panchenko I.A., Gongalsky K.B., Savin F.A., Zaitsev A.S.
Protein sources for a detritial food web // The 14th International Colloquium on Soil Zoology and Ecology.
Abstract
book. Universit de Rouen (France), 2004. P. 172.
6. Pokarzhevskii A.D., Persson Т., Panchenko I.A. Dynamics of nitrogen and phosphorus influence on Cognettia sphagnetorum in mor-humus during a month experiment two // The XIVth International Colloquium on Soil Zoology and Ecology.
Abstract book. Universit de Rouen (France), 2004. P. 101.
7. Pokarzhevskii A.D., Panchenko I.A. Effects of protein addition on enchytraeid reproduction in a sod-podzol soil // The XIVth International Colloquium on Soil Zoology and Ecology. Abstract book. Universit de Rouen (France) 2004. P. 305.
8. Покаржевский А.Д., Забоев Д.П., Панченко И.А. Химический состав дождевых червей и вермикультура // Труды II Международной научно практической конференции «Дождевые черви и плодородие почв». Владимир:
Грин-Пик, 2004. C. 63-64.
9. Panchenko I.A., Pokarzhevskii A.D. Effects of protein addition on enchytraed reproduction in a sod-podzol soil // 6th International Symposium on Enchytraeidae.
Abstracts. Vrtsjrv Limnological station (Estonia), 2004. P. 10-11.
10. Pokarzhevskii A.D., Persson Т., Panchenko I.A. Influence of different nitrogen and phosphorus compounds on enchytraeid Cognettia sphagnetorum in mor-humus // Sixth International Symposium on Enchytraeidae. Vrtsjrv Limnological station Rannu, Estonia, May 16-18, 2004. P. 12- 11. Панченко И.А., Першон Т., Покаржевский А.Д. Влияние чужеродного белка на размножение энхитреид в почве // Тезисы Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». Москва, 2004. С. 75 76.
12.Панченко И.А. Влияние внесения белка в почву на размножение энхитреид // Актуальные проблемы экологии и эволюции в исследованиях молодых ученых. Материалы конференции молодых сотрудников и аспирантов ИПЭЭ РАН. М.: Т-во научных изданий КМК, 2004. С. 125- 13. Покаржевский А.Д., Першон Т., Панченко И.А. Влияние различных форм азота на популяцию энхитреид Cognettia sphagnetorum в мор-гумусе // Тезисы Всероссийского совещания по поченной зоологии 14 «Экологическое разнообразие почвенной биоты и биопродуктивность почв». Тюмень, 2005. С.
205-207.
14. Schmelz R.M., Arslan N., Bauer R., Didden W., Dozsa-Farkas K., Graefe U., Panchenko I., Pokarzhevski A., Rmbke J., Schlaghamersky J., Sobczyk L., Zomogyi Z., Standen V., Thompson A., Ventins J. and Timm T. Estonian Enchytraeidae (Oligochaeta). 2. Results of a faunistic workshop held in May 2004 // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2005. Vol. 54. № 4. P. 255-270.
15. Panchenko I.A. Effects of protein addition on enchytraeid reproduction // 11th PhD Meeting in Evolutionary Biology. Abstracts. Bordeaux (France), 2005. P. 24-25.
16.Панченко И.А. Сравнение двух методов экстракции энхитреид // Зоологический журнал. 2006. T. 85. № 8. С. 659-661.
Pokarzhevskii A.D., Persson T., Panchenko I.A. Influence of different nitrogen and phosphorus compounds on enchytraeid Cognettia sphagnetorum in mor-humus // European Journal of Soil Biology, 2006. Vol. 42. Suppl. 2. (in press).