Role of fungi and bacteria in mineralization of compounds nitrogen in the soil of the bereznyaka-kislichnika subzone southern taiga of European Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Over the course of two years, the contribution of fungi and bacteria to the process of net ammonification in soddy-pale podzolic soil under a birch sorrel forest (Yaroslavl region, Russia) was determined using inhibitors. The mycobiota of saprotrophic fungi was dominated by representatives of the genera Penicillium Link (46–99%) and Trichoderma Pers. (3–40%). It was established that temperature and soil moisture are able to regulate seasonal changes in the total number of fungi and yeasts in the soil of a birch forest, and the relationships between seasonal changes in the content of Corg, Norg in the soil and the total number of fungi and yeasts were of an alternating nature. Inhibitory analysis showed a close contribution of fungi and bacteria to the mineralization of nitrogen compounds in the soil of the birch forest, with a slight predominance of fungi in the first year of the study and a slight dominance of bacteria in the second. Inhibitors increase ammonification activity in all soil horizons under a birch forest compared to the control. Microbial biomass nitrogen accounted for 0.8 to 3.9% of total soil nitrogen.

About the authors

C. M. Razgulin

Institute of Forestry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: root@ilan.ras.ru
Russian Federation, Uspenskoye, Moscow oblast, 143030

L. V. Voronin

Ushinsky Yaroslavl State Pedagogical University

Email: root@ilan.ras.ru
Russian Federation, Yaroslavl, 150000

References

  1. Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 270 с.
  2. Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Стольникова Е.В., Степанов А.Л., Кудеяров В.Н. Особенности определения нетто-продуцирования N2О почвами. // Почвоведение. 2015. № 6. С. 702–714. https://doi.org/10.7868/S0032180X15060027
  3. Беккер З.Э. Физиология и биохимия грибов. М.: Изд-во МГУ, 1988. 230 с.
  4. Богородская А.В., Шишикин А.С. Динамика микробной биомассы, ее структура и функциональная активность в почвах при лесовозобновлении на вырубках пихтарников Енисейского кряжа // Почвоведение. 2020. № 1. С. 119–130. https://doi.org/10.31857/S0032180X20010050
  5. Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г., Чернов И.Ю., Головченко А.В., Зенова Г.М, Лысак Л.В,. Манучарова Н.А., Марфенина О.Е., Полянская Л.М., Степанов А.Л., Умаров М.М. Роль микроорганизмов в экологических функциях почв // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1087–1096. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090038
  6. Еникеева М.Г. Влияние мелкой мелиорации на микрофлору почв в подзоне южной тайги // Лесоводственные исследования в подзоне южной тайги. М.: Наука, 1977. 146 с.
  7. Литвинов М.А. Определитель микроскопических почвенных грибов. Л.: Наука, 1967. 303 c.
  8. Лугаускас А.Ю., Микульскене А.И., Шляужене Д.Ю. Каталог микромицетов –биодеструкторов полимерных материалов. М.: Наука, 1987. 341 с.
  9. Макаров М.И., Малышева Т.И., Маслов М.Н., Кузнецова Е.Ю., Меняйло О.В. Углерод и азот микробной биомассы в почвах южной тайги при определении разными методами // Почвоведение. 2016. № 6. С. 733–744. https://doi.org/10.7868/S0032180X16060058
  10. Методы экспериментальной микологии. Киев: Наукова думка, 1982. 550 с.
  11. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 219 с.
  12. Никитин Д.А., Черновa Т.И., Железова А.Д., Тхакахова А.К., Никитина С.А. Семенов М.В., Ксенофонтова Н.А., Кутовая О.В. Сезонная динамика биомассы микроорганизмов в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1356–1364. https://doi.org/10.1134/S0032180X19110078
  13. Павлюкова Е.Б., Белозерский М.А., Дунаевский Я.Е. Внеклеточные протеолитические ферменты мицелиальных грибов. Обзор // Биохимия. 1998. Т. 63. С. 1059–1089.
  14. Полянская Л.М., Юмаков Д.Д., Тюгай З.Н., Степанов А.Л. Соотношение грибов и бактерий в темногумусовой лесной почве // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1094–1099. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090129
  15. Разгулин С.М. Полевой метод измерения минерализации азота в лесных почвах // Почвоведение. 2009. № 11. С. 1341–1344.
  16. Разгулин С.М. Цикл азота в экосистемах южной тайги Европейской России. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2022. 161 с.
  17. Свиридова О.В., Воробьев Н.И., Кочетков В.В. Разложение микромицетами гумусовых веществ дерново-подзолистой почвы // Тез. докл. III съезда Докучаевского общества почвоведов (11–15 июля 2000 г., Суздаль). М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаев, 2000. Кн. 2. С. 50–51.
  18. Семенов М.В., Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Иващенко К.В. Структура микробного сообщества почвы катены правобережья р. Оки // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2013. № 3. С. 299–308. https://doi.org/10.7868/S0002332913030089
  19. Семенов В.М. Функции углерода в минерализационно-иммобилизационном обороте азота в почве // Агрохимия. 2020. № 6. С. 94–112. https://doi.org/10.31857/S0002188120060101
  20. Семенова Т.Л., Кураков А.В. Микроскопические грибы: разнообразие и распространение в экосистемах южной тайги Центрального лесного государственного заповедника. Грибные сообщества лесных экосистем. М.: Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. Т. 4. 143 с.
  21. Хабибуллина Ф.М., Кузнецова Е.Т. Характеристика почвенной микобиоты во вторичных лиственных лесах подзоны средней тайги (Республика Коми) // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16. № 1. С. 891–895.
  22. Хабибуллина Ф.М., Кузнецова Е.Г., Васенева И.З. Микромицеты подзолистых и подзолистых и болотно-подзолистых почв в подзоне средней тайги на северо-востоке Европейской части России // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1228–1234. https://doi.org/10.7868/S0032180X14100049
  23. Чернов Т.И., Железова А.Д. Динамика микробных сообществ почвы в различных диапазонах времени (обзор) // Почвоведение. 2020. № 5. С. 590–600. https://doi.org/10.31857/S0032180X20050044
  24. Bailey V.L., Smith J.L., Bolton H. Novel antibiotics as inhibitors for the selective respiratory inhibition method of measuring fungal:bacterial ratios in soil // Biol. Fertil. Soils. 2003. V. 38. P. 154–160. https://doi.org/10.1007/s00374-003-0620-7
  25. Baskaran P., Hyvönen R., Berglund S., Clemmensen K., ÅgrenG., Bjorn D. Lindahl B.,Manzoni S. Modelling the influence of ectomycorrhizal decomposition on plant nutrition and soil carbon sequestration in boreal forest ecosystems // New Phytolоgist. 2017. V. 213. P. 1452–1465. https://doi.org/10.1111/nph.14213
  26. Blagodatskaya E., Dannenman M., Gashe R., Butterbach-Bahl K. Microclimate аnd forest management alter fungal-to-bacterial ratio and N2O-emission during rewetting in the forest floor and mineral soil of mountainous beech forests // Biogeochemistry. 2010. V. 97. P. 55–70. https://doi.org/10.1007/s10533.009.9310.3
  27. de Boer W., Folman L.B., Summerbell R.C., Boddy L. Living in a fungal world: impact of fungi on soil bacterial niche development // FEMS Microbiol. Rev. 2005. 29. P. 795–781. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2004.11.005
  28. Boyle S.A., Yarwood R.R., Bottomley soil nitrogen cycling under Douglas fir and red alder at two sites in Oregon // Soil Biol. Biochem. 2008. V. 40. P. 443–451. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2007.09.007
  29. Castaldi S., Smith K. Effects of cycloheximide on N2O and NO-3 production in a Bacterial and fungal contributions to forest and an agricultural soil // Biol. Fertility Soils. 1998. V. 27. Р. 27–34. https://doi.org/10.1007/s003740050395
  30. Chigineva N.I., Aleksandrova A.V., Marhan S., Kandeler E., Tiunov A.V. The importance of mycelial connection at the soil–litter interface for nutrient translocation, enzyme activity and litter decomposition // Appl. Soil Ecol. 2011.V. 51. P. 35–41. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2011.08.009
  31. Craine M.J., Andrew J.Elmore A.E., Wang L, Aranibar J., Bauters M., Boeckx P., Crowley B.E., Dawes M.A., Delzon S., Fajardo A. et al. Isotopic evidence for oligotrophication of terrestrial ecosystems // Nature Ecology Evolution. 2018. V. 2. P. 1735–1744. https://doi.org/10.1038/s41559-018-06 3
  32. Gilliam F.S., Douglas A., Burns D.A., Charles T., Driscoll C.T., Frey S.D., Lovett G.M., Watmough S.A. Decreased atmospheric nitrogen deposition in eastern North America: Predicted responses of forest ecosystems // Environ. Poll. 2019. V. 244. P. 560–574. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.09.135
  33. He L., Rodrigues J. L., Soudzilovskaia N., Barcelo M., Olsson P.A., Song C., Tedersoo L., Yuan F., Yuan F., Lipson D.A., Xu X. Global biogeography of fungal and bacterial biomass carbon in topsoil // Soil . 2020. V. 151. P. 108024. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.108024
  34. Hysek J., Brožova J. The role of some saprophytic micromycetes and the fungus Micromucor ramannianus var. ramannianus in forest soils // Czech Mycology. 2001. V. 53(2). P. 161–171.
  35. Landi L., Badalucco L., Pomare F. and Nanniperi P. Effectiveness ofantibiotics to distinguish the contributions of fungi and bacteria to net nitrogen mineralization, nitrification and respiration // Soil Biol. Biochem. 1993.V. 25. P. 1771–1778.
  36. Lindahl B., Tunlid A. Ectomycorrhizal fungi – potential organic matter decomposers, yet not saprotrophs // New Phytologist. 2015. V. 205. P. 1443–1447. https://doi.org/10.1111/nph.13201
  37. Llado S., Lуpez-Mondejar R., Baldrian P. Forest Soil Bacteria: Diversity, Involvement in Ecosystem Processes, and Response to Global Change // Microbiol. Molecular Biol. Rev. 2017. V. 81(2). e00063-16. https://doi.org/org/10.1128/mmbr.00063-16
  38. Martikainen Р.J., Рalojlrvi А. Evaluation of the fumigation-extraction method for the determination of microbial C and N in a range of forest soils // Soil Biol. Biochem. 1990. V. 22. P. 797–802.
  39. Mašínová T., Yurkov A., Baldrian P. Forest soil yeasts: Decomposition potential and the utilization of carbon sources // Fungal Ecology. 2018. V. 34. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.funeco.2018.03.005
  40. Morrison E.W., Frey S.D., Sadowsky J.J., van Diepen L.N.A., Thomas W.K., Pringle А. Сhronic nitrogen additions fundamentally restructure the soil fungal community in a temperate forest // Fungal Ecology. 2016. V. 23. P. 48–57. https://doi.org/10.1016/j.funeco.2016.05.011
  41. Nakaymama M., Imamura S., Tatsumi C., Taniguchi T., Tateno R. Microbial functions and soil nitrogen mineralisation processes in the soil of a cool temperate forest in northern Japan //Biogeochemistry. 2021. V. 155. P. 359-379. https://doi.org/10.1007/s10533-021-00830-7
  42. Odriozola I., Navrátilová D., Tláskalová P., Klinerová T., Červenková Z., P. Kohout P., Větrovský T., Čížková P., Starý M., Baldrian P. Predictors of soil Fungal biomass and community composition in temperate mountainous forests in Central Europe // Soil Biol. Biochem. 2021. V. 161. P. 108366. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108366
  43. Petrovič M., Briški F., Kaštelan-Macan M. Biosorption and biodegradation of humic substances by Trichoderma viride // Prehrambeno-Tehnology Biotehnology Rev. 1993. V. 31. P. 145–149.
  44. Phillips L., Ward V., Jones M. Ectomycorrhizal fungi contribute to soil organic matter cycling in sub-boreal forests // The ISME J. 2014. V. 8. P. 699–713. https://doi.org/10.1038/ismej.2013.195
  45. Starke R., Mondéjar R., Human Z., Navrátilová D., Štursová M., Větrovský T., Olson H., Orton D., Callister S., Lipton M. et al., Niche differentiation of bacteria and fungi in carbon and nitrogen cycling of different habitats in a temperate coniferous forest: A metaproteomic approach // Soil Biol. Biochem. 2021. V. 155. 108170. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108170
  46. Strickland М.S., Rousk J. Review Considering fungal:bacterial dominance in soils Methods, controls, and ecosystem implications // Soil Biol. Biochem. 2010. V. 42. P. 1385–1395. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2010.05.007
  47. West A., Sparling G. Improvements to the selective respiratory inhibition technique to measure eukaryote:prokaryom ratios in soils // J. Microbiol. Methods. 1986. V. 5. P. 125–138.
  48. Witt С., John L., Gaunt J., Galicia C.C., Ottow J., Neue H-U. A rapid chloroform-fumigation extraction method for measuring soil microbial biomass carbon and nitrogen in flooded rice soils // Biol. Fertil. Soils. 2000. V. 30. P. 510–519. https://doi.org/10.1007/s003740050030
  49. Zhang M., Liu S., Xiangwen Cao X., Chen M., Chen J., Xu G. and Shi Z. The effects of ectomycorrhizal and saprotropic fungi on soil nitrogen mineralization differ from those of arbuscular and ericoid mycorrhizal fungi on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau // Frontiers in Plant Science. 2023. P. 1–13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1069730

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences