Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время возрос интерес к болотам в связи с глобальными изменениями природной среды и климата. Исследования, проведенные за последние десятилетия, во многом расширили и изменили существующие представления о болотных экосистемах. Специфичность биосферной функции болот обусловлена неполным круговоротом химических элементов: болотные системы возвращают в окружающую среду меньше веществ, чем аккумулируют в себе. Образуется положительный баланс, и поэтому болота относятся к экосистемам постоянного стока атмосферного углерода, накапливаемого в виде торфа (Вомперский, 1994). Известна также роль болот в формировании газового состава атмосферы Земного шара. Растительный покров болотных экосистем нашей планеты в год выделяет в атмосферу до 1,6-108 тонн кислорода (Добродеев, 1977). Кроме кислорода в болотах образуются парниковые газы, такие как С02 и СН4, образующиеся в результате деструкции органического вещества.
Важную роль в деструкции органических остатков играют микроорганизмы-деструкторы. Их активность определяется экологическими условиями: составом и концентрацией органических и минеральных веществ, температурой, рН, степенью аэро- или анаэробиоза, возможностью обмена продуктами метаболизма между разными видами микроорганизмов. Важна роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в болотных экосистемах, где они являются основными организмами, способными к осуществлению различных биохимических реакций трансформации автохтонного и аллохтонного органического вещества (далее ОВ). В связи с этим изучение деятельности микробных сообществ в болотах дает более полные сведения как о функционировании этих экосистем, так и биогеохимических циклах биогенных элементов.
Ранее проведенные микробиологические исследования в болотах различных типов выявили большое разнообразие микроорганизмов и качественно показали их важную роль в процессах круговорота биогенных элементов. В то же время изучению деятельности микробных сообществ в болотных экосистемах Восточной Сибири уделялось мало внимания. Болота Прибайкалья в этом плане практически не изучены, а учитывая, что данные экосистемы в значительной мере влияют на чистоту вод уникального объекта природы - озера Байкал, изучение активности микробных сообществ в болотах является актуальной задачей.
Состояние вопроса, цели и задачи. Распространение различных видов бактерий и скорости некоторых микробиологических процессов ранее детально были изучены в целинных и осушенных болотах различных типов Европейской
части России и Западной Сибири (Козловский, 1959; Загуральская, 1967;). В последние десятилетия активно исследуют терминальные процессы деструкции ОВ, протекающие в болотах и заболоченных участках суши России (Сидоров, 1991; Паников, 1997; и др.) и за рубежом (Benstead and Lloyd, 1996; R Conrad, 1996; Fisher et al., 1998; DAngelo and Reddy, 1999).
Основной целью настоящей работы была количественная оценка деятельности микроорганизмов, осуществляющих деструкцию ОВ в болотных экосистемах дельты р. Селенга.
В задачи исследования входило:
Изучить физико-химические условия в болотных экосистемах дельты р. Селенга.
Определить содержание органических и минеральных веществ -субстратов и метаболитов микроорганизмов, в т. ч. биогенных газов.
Определить численность различных физиологических групп микроорганизмов и описать микробные сообщества болотных экосистем.
Определить скорость микробиологических процессов круговорота углерода, таких как разложение целлюлозы и белка, сульфатредукции, метаногенеза, окисления метана, темновой ассимиляции СОг в болотных экосистемах.
Количественно оценить вклад микроорганизмов различных физиологических групп в деструкцию ОВ в болотных экосистемах дельты р. Селенга.
Научная новизна. В настоящей работе впервые по единой схеме исследована деятельность микроорганизмов, принимающих участие в процессах деструкции ОВ в болотных экосистемах Прибайкалья. Проведенные комплексные исследования впервые дали представления о структуре и функциональной активности микробных сообществ болотных экосистем Прибайкалья. Определен вклад различных физиологических групп микроорганизмов в аэробную и анаэробную деструкцию ОВ. Впервые даны количественные показатели скорости разложения ОВ в болотных экосистемах дельты р. Селенга и изучено влияние абиотических факторов (температуры, рН) и растительного сообщества на темпы микробиологической деструкции.
Теоретическая значимость. Проведенные исследования
микробиологической деструкции ОВ выявили количественные и качественные особенности процессов круговорота веществ, протекающие в болотных экосистемах Прибайкалья, закономерности их функционирования.
Полученные количественные данные о распространении микроорганизмов разных физиологических групп и их активности в воде и почве характеризуют темпы минерализации ОВ в болотных экосистемах Прибайкалья.
' Практическая ценность. Выявленные закономерности
распространения и активности микроорганизмов необходимы для разработки принципов управления функционированием болотных экосистем. Количественные данные по распространению микроорганизмов различных физиологических групп могут использоваться в качестве индикаторов различных трофических уровней экосистем, антропогенного загрязнения. Эти данные могут послужить в качестве реперных показателей экологического состояния болотных экосистем дельты р. Селенга.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на
научно-практической конференции ВСГТУ (Улан-Удэ, 1998), научно-
практической конференции БГСХА «Биология на пороге XXI века» (Улан-
Удэ, 1998), региональной научно-практической конференции
«Биоразнообразие микроорганизмов Восточно-Сибирского региона и их
научно-практическое использование» (Иркутск, 1999), международном
симпозиуме «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез»
(Улан-Удэ, 1999), международной научной конференции «Фундаментальные
проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия» (Томск,
2000).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, 5 тезисов докладов.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на /Я У стр. машинописного текста, иллюстрирована %0 рисунками и ^таблицами. Список использованной литературы включает /Лработ.
Диссертация выполнена в лаборатории микробиологии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН. Некоторые разделы работы подготовлены во время прохождения стажировки в лаборатории экологии и геохимической деятельности микроорганизмов Института микробиологии РАН под руководством д.б.н., проф. В.В. Горленко.
Автор приносит искреннюю благодарность научным руководителям Б.Б. Намсараеву, Г.Г. Гончикову за постоянное внимание и помощь в организации исследований.
Автор выражает глубокую благодарность д.б.н., проф. В.В. Горленко, Л.Е. Дулову, к.б.н. Л.П. Козыревой, к.б.н. Д.Д. Бархутовой, О.П. Дагуровой, Э.В. Даниловой, В.Ш. Дондокову за оказанную поддержку и сотрудничество при выполнении работ.
