ИСТИНА

Дождевые черви - типичные представители функциональной группы «экосистемных инженеров» (Jones et al., 1994), основная экологическая роль которых состоит в модификации среды обитания. Количественная оценка участия дождевых червей в процессах почвообразования и в формировании физических и химических свойств почв проводилась неоднократно применительно к почвам разных типов (Стриганова, 1980; Карпачевский, 1997). Значительно меньше сведений об особенностях трансформации веществ в пищеварительном тракте и образуемых дождевыми червями органо-минеральных агрегатах (копролитах), хотя по своей суммарной массе они достаточно велики и должны учитываться при изучении почв (Drake, Horne, 2007). По имеющимся у коллектива авторов данным, копролиты дождевых червей существенно отличаются от почв по основным физическим показателям (ОГХ, дисперсности и др.) и по важнейшим биологическим свойствам (состав и физиологическое состояние микроорганизмов, активность процессов трансформации соединений углерода, азота). Однако до последнего времени оставалось неясным, имеется ли специфичность воздействия дождевых червей различных эколого-трофических групп на таксономическую структуру и функциональные показатели почвенных микробных сообществ, а также основные гидрофизические характеристики почв. Более детальное исследование пищеварительного тракта и копролитов дождевых червей разных видов приобретает особую актуальность в связи с широким распространением вермикомпостирования, а также использованием дождевых червей в мелиорации и рекультивации почв. В связи с этим, целью проекта являлось сопряженное изучение влияния дождевых червей различных эколого-трофических групп на физико-химические и микробиологические показатели почв различного генезиса. В проекте основное внимание уделено количественной оценке роли дождевых червей разных видов в формировании физического состояния, водоудерживающей способности почв, что позволило получить новые данные в области гидрофизики почв. Одной из центральных задач проекта было комплексное изучение (количественная и качественная оценка) модификации видового состава, биомассы и функционального разнообразия почвенных микробных сообществ под воздействием дождевых червей разных эколого-трофических групп. Существенное внимание уделено изучению активности процессов трансформации азота и углерода в кишечнике и копролитах дождевых червей разных эколого-трофических групп.

Фундаментальной задачей проекта являлось комплексное изучение физических свойств и биологической активности копролитов дождевых червей разных эколого-трофических групп. Были изучены основные гидрофизические характеристики (ОГХ) копролитов дождевых червей разных эколого-трофических групп и контрольных образцов дерново-подзолистой почвы разного гранулометрического состава (легко- и среднесуглинистой), темно-серой лесной, светло-каштановой почвы и чернозема типичного. Установлены существенные статистически значимые различия гидрофизических характеристик копролитов всех исследованных видов дождевых червей и контрольных почв по показателям водоудерживающей способности, равновесной влажности и полной влагоемкости в широком диапазоне величин эквивалентного давления от 0 до –1000 кПа. Максимальных значений различия в полной влагоёмкости достигали в копролитах L. rubellus и контрольных образцах светло-каштановых и темно-серых лесных почв и составляли порядка 60 весовых процентов (%), тогда как для копролитов A. caliginosa, эти значения не превышали 28% . Наименьшие расхождения были свойственны ОГХ копролитов A. caliginosa и дерново-подзолистых среднесуглинистых почв, где значимые отличия удалось получить лишь для области повышенного влагосодержания. Пересечение ОГХ в области капиллярно-плёночной влаги было отмечено также и для копролитов A. caliginosa и контрольных образцов чернозема типичного. В целом, наиболее значительные изменения ОГХ, сохраняющиеся во всём диапазоне величин эквивалентного давления были отмечены в копролитах L.rubellus при содержании их во всех исследуемых типах почв, и достигали максимума в области повышенного влагосодержания (НВ-ПВ). Было показано, что выявленные изменения гидрофизических свойств в копролитах связаны с увеличением эффективной удельной поверхности в копролитах, и достоверными различиями в гранулометрическом составе копролитов дождевых червей разных эколого-трофических групп. Установлено, что в копролитах значительно увеличивается активность процессов трансформации азота и углерода. Максимальные значения азотфиксации в копролитах на 3 порядка, а эмиссии СО2 - на порядок выше, чем в контрольной почве. Более высокие значения денитрификации и метаногенеза в копролитах сохранялись на протяжении всего исследуемого периода (до 80 суток). Установлено, что в пищеварительном тракте эндогейных видов активность азотфиксации на порядок выше, чем в кишечнике эпигейных дождевых червей. Показано, что динамика содержания общего азота и углерода в копролитах эпигейных и эндогейных видов дождевых червей существенно различается. Установлены кардинальные различия в структуре микробного комплекса копролитов дождевых червей разных видов. Так, в копролитах эпигейного вида L.rubellus отмечено снижение длины грибного мицелия на порядок и увеличение численности бактерий более чем в 2 раза, а эндогейные дождевые черви A. rosea, наоборот, стимулируют рост грибного мицелия, а численность бактерий изменяют незначительно. В ходе выполнения проекта, как классическими методами посева, так и молекулярно-генетическим методом было отчетливо показано, что микробное сообщество, развивающееся в копролитах дождевых червей, значительно отличается от почвенного микробного комплекса, и достоверно различается в копролитах, формируемых дождевыми червями разных эколого-трофических групп. Также была показана специфичность дальнейшей динамики всех изученных показателей в копролитах дождевых червей разных эколого-трофических групп в течение длительного времени (до 40 суток) после их экскреции. Установлено, что микробные сообщества копролитов разных видов дождевых червей достоверно различаются по параметрам функционального разнообразия, определяемым по методу мультисубстратного тестирования (МСТ). В копролитах эпигейных люмбрицид спектры потребляемых субстратов свидетельствуют о дестабилизации микробной системы, в то же время, в копролитах эндогейного вида (A. rosea) отмечены значительно более высокие показатели метаболической активности и устойчивости микробного сообщества, которые имеют тенденцию к увеличению в течение, по крайней мере, 20 суток с момента экскреции.