Влияние дождевых червей на доступность микроэлементов растениям

Влияние дождевых червей на доступность микроэлементов растениямДождевые черви, поглощая в больших количествах верхние горизонты почвы, могут существенно влиять на доступность для растений питательных элементов. Большинство проводимых в настоящее время исследований посвящены изучению роли дождевых червей в трансформации соединений макроэлементов (Basker et al., 1994; Hodge et al., 2000; Zhang et al., 2000).

Сведения о роли дождевых червей в питании растений микроэлементами практически отсутствуют. Теоретически возможно прямое и косвенное влияние дождевых червей на питание растений микроэлементами. Прямые механизмы имеют, по-видимому, отношение к реакциям между микроэлементами и экскретами дождевых червей: окислительно-восстановительным или по типу хелатирования. К прямым механизмам может быть также отнесено трофическое воздействие дождевых червей на микроорганизмы.

Пищеварительные экстракты червей убивают некоторые микроорганизмы (Бызов, 2003). В мертвой микробной биомассе, подвергшейся автолизу и лизису в кишечнике и экскрементах, усиливаются процессы мобилизации многих питательных элементов. Косвенное влияние дождевых червей может быть обусловлено их модифицирующим действием на обилие и видовое разнообразие почвенных микроорганизмов, вовлеченных (прямо или косвенно) в трансформацию соединений микроэлементов. Конечные эффекты влияния дождевых червей на подвижность микроэлементов в почве трудно предсказуемы без специальных исследований, которые необходимы для расширения фундаментальных представлений о функциональных связях в системе почва-растение-беспозвоночное животное. Кроме того, многие микроэлементы, например, цинк (Zn) и медь (Cu) – тяжелые металлы, которые могут содержаться в почвах в избыточных количествах. Если дождевых черви способны повышать подвижность в почве и доступность растениям металлов, то такие исследования были бы необходимы для фиторемедитации, например, для разработки зоогенных способов индуцированной фитоэкстракции металлов из загрязненных почв.

Конкретные задачи работы:
1) изучить влияние экскретов дождевых червей на подвижность в почве железа (Fe);
2) оценить влияние экскретов дождевых червей на доступность растениям Fe, марганца (Mn) и цинка (Zn).

Материал и методы.
Объекты исследований – три вида дождевых червей: Lumbricus terrestris, Aporectodea caliginosa и Esenia fetida. Экскреты дождевых червей мы аккумулировали в прокаленном песке согласно методике (Битюцкий и др., 2002) или в дистиллированной воде. Оценку Fe3+-редуктазной активности экскретов проводили по следующей методике. Дождевых червей по 2 (L. terrestris) или по 5 (A. caliginosa, E. fetida) штук помещали в чашки Петри, содержавшие по 20 мл дистиллированной воды, и инкубировали в течение 20 ч в темноте при комнатной температуре. Затем аликвоту экстрактов дождевых червей смешивали с Fe2(SO4)3 до конечной концентрации 0.5 мМ и инкубировали их в темноте еще в течение 2 ч. Способность экскретов восстанавливать Fe3+ до Fe2+ оценивали по величине оптической плотности комплекса Fe2+-о-фенантролин при 540 нм. Способность экскретов, а также воды экстрагировать почвенное железо оценивали по концентрации Fe2+ и Fe3+ в растворе после 1-часового взаимодействия этих экстрагентов со свежей почвой при соотношении 1:10. Экстрагирующую способность экскретов и воды сравнивали с 0,1 н. раствором серной кислоты при соотношении с почвой 1:10 и продолжительности взаимодействия 5 мин.

Кукурузу (Zea mays L.) и горчицу белую (Sinapis alba L.) выращивали в песчаной культуре в течение 1 месяца. В песок добавляли экскреты A. caliginosa однократно перед посевом и питательный раствор Кнопа трижды в течение вегетации. Влажность песка ежедневно поддерживали на уровне 60 % от полной влагоемкости. Стартовую подвижность микроэлементов в почве изменяли путем внесения тонкодисперсных фракций CaCO3 из расчета 50 г/кг сухого песка. Реакцию растений на экскреты оценивали по изменению их биомассы, а также по изменению в корнях или побегах содержания микроэлементов (Fe, Mn, Zn), которое измеряли с помощью рентгенфлуоресцентного анализатора Spectroscan по описанной ранее методике (Bityutskii et al., 2002).

Результаты.
Установлено, что экскреты дождевых червей обладали способностью восстанавливать Fe3+ до Fe2+ (табл. 1). В пересчете на 1 особь эта способность была наибольшей у L. terrestris, а в пересчете на 1 г биомассы дождевого червя – у E. fetida. В исходных водных растворах экскретов дождевых червей присутствие Fe2+ не обнаружено. Согласно табл. 2, концентрация железа, особенно Fe2+, экстрагируемого экскретами дождевых червей была в 2-2.5 раза выше, чем экстрагируемого водой, но существенно ниже, чем экстрагируемого 0.1 н. раствором H2SO4. Табл. 3 показывает, что в присутствии экскретов A. caliginosa происходило увеличение содержания Mn, Zn и особенно Fe в корнях кукурузы, проростки которой были предварительно изолированы от эндосперма для исключения притока микроэлементов из этой части зерновки.

Обсуждение.
Впервые показано, что экскреты дождевых червей могут восстанавливать минеральные формы Fe3+ до Fe2+. Этот показатель был наибольшим у L. terrestris (табл. 1), т.е. у вида дождевого червя, индивиды которого обладали наибольшей биомассой (данные не приведены). Этот же вид дождевых червей экскретировал и наибольшее в пересчете на 1 особь количество органического углерода (данные не приведены). Известно, что с уменьшением степени окисленности некоторых микроэлементов (Fe и Mn) их подвижность в почве, а также в тканях растений может существенно возрастать. В почве образование малорастворимых оксидов Fe2+ происходит при более высоких значениях pH, чем оксидов Fe3+. Поэтому соотношение в почве Fe2+/Fe3+ имеет большое значение для питания растений железом, особенно в почвах с нейтральной или щелочной реакций среды (Битюцкий, 1999; Kosegarten, Koyro, 2001). Однократное добавление водных экскретов дождевых червей приводило к увеличению в известкованной почве концентрации железа, особенно Fe2+ (табл. 2). Эти результаты отчетливо показывают, что экскреты дождевых червей могут повышать подвижность в почвах соединений железа. Судя по соотношению Fe2+/Fe3+ в экстрактах из почвы (табл. 2), основной механизм этого действия связан с Fe3+-редуцирующей способностью экскретов. На основании полученных данных нельзя также исключить возможность действия экскретов как хелатирующих соединений, способных образовывать мобильные Fe-комплексы. Изучение комплексообразующих свойств экскретов запланировано в наших дальнейших исследованиях.

Согласно результатам вегетационных опытов (табл. 3), даже однократное внесение в питательный субстрат экскретов A. caliginosa усиливало поступление Fe, Mn и Zn в корни кукурузы. Этот факт можно объяснить повышением в присутствии экскретов дождевых червей биологической доступности почвенных микроэлементов. Кроме того, мы обнаружили усиление транслокации из корней в побег Fe и Zn у кукурузы и Zn — у горчицы белой. Конкретный механизм этого явления не известен. Мы предположили, что экскреты дождевых червей могут препятствовать прочному связыванию поглощенных микроэлементов структурами апопласта корня растений. Проверка этой гипотезы запланирована в нашей дальнейшей работе. Решение этого вопроса может иметь прикладное значение для разработки методов очистки с помощью растений и дождевых червей почв, загрязненных тяжелыми металлами.

Источник: Материалы II научно-практической конференции «Дождевые черви и плодородие почв
Источник: СП „Ecorosteh“ Ltd.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: