|
 |
|
с международным участием «Водоросли: проблемы таксономии и экологии, использование в мониторинге и биотехнологии» (12–18 сентября 2022, Москва, Россия) Разнообразие водорослей и цианобактерий на экологическом высотном профиле от горного леса до тундры (Северный Урал)
Новаковская И.В., Патова Е.Н., Дубровский Ю.А., Новаковский А.Б. Irina V. Novakovskaya, Elena N. Patova, Yuri A. Dubrovskiy, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, Россия) УДК 58.009:582.232:582.2/.3
Изучено видовое богатство цианобактерий и водорослей биологических почвенных корок (БК) на оголенных субстратах в различных типах горной растительности на Северном Урале. Разнообразие и структура водорослевых сообществ БК отражают изменения экологических факторов на высотном градиенте (высоту над уровнем моря, рН и влажность почвы, освещенность). Доминирующий комплекс видов цианобактерий и водорослей в БК был специфичен для каждого типа растительного сообщества. Видовое разнообразие и морфологическая организация талломов водорослей БК могут быть использованы в качестве показателей для оценки возможной трансформации структуры растительных сообществ при климатических изменениях в горных районах. Ключевые слова: биологические почвенные корки; разнообразие и структура сообществ водорослей; высотная поясность; горно-тундровые сообщества Северного Урала
Водоросли являются важным компонентом почвенной биоты. В горных регионах эти микроорганизмы не только дисперсно распределены между почвенными частицами, но и формируют совместно с другими споровыми организмами на поверхности лишенных растительности субстратов биологические почвенные корки (БК). Разнообразие и структура БК, а также их изменения на высотном градиенте могут индуцировать трансформацию горных сообществ вследствие изменения климата (Pushkareva et al., 2016; Pietryka et al., 2018). Удобным объектом для таких наблюдений могут быть экосистемы Северного Урала, одного из удаленных и малонарушенных регионов на северо-востоке Европы. При относительно небольшом перепаде высот (самая высокая часть Северного Урала – гора Тэльпозиз, 1617 м над ур. м.) из-за суровости резко континентального климата на горных склонах Урала четко прослеживается высотная зональность с переходами от лесных сообществ через разреженные редколесья к горным тундрам. Во всех вариантах этих сообществ от границы лесов и до горных тундр отмечены участки с нарушенным почвенно-растительным покровом в результате криогенных и солифлюкционных процессов. На таких участках идет активное развитие сообществ с формированием БК, которые могут быть показательной моделью для изучения изменений структуры водорослевых комплексов горных сообществ с контрастными экологическими условиями. В данной работе представлены результаты изучения разнообразия и структуры сообществ микроводорослей и цианобактерий БК на основе сравнительного анализа разных вариантов пионерной растительности на оголенных субстратах с учетом влияния высотной поясности и экологических факторов (влажность почвы, содержание азота, активная реакция почвенного раствора и освещенность). Почвенно-альгологические пробы были отобраны стандартными методами (Andersen, 2005), принятыми в почвенной альгологии, в июне–июле 2018–2019 гг. в бассейне р. Тэльпос-ю на западном склоне хр. Тэльпозиз (63°52,88′ с.ш., 59°03,65′ в.д.) на Северном Урале. Для описания растительности пробных площадей использовали стандартные методы (Ипатов, Мирин, 2008), принятые в геоботанике. По структуре нижнего яруса растительности все участки были разделены на три типа: горно-луговые сообщества (1 участок), горно-лесные (6 участков) и горно-тундровые (11 участков). Экологические параметры изученных участков (влажность, pH, богатство почвы, освещенность) оценивали с помощью экологических шкал Элленберга (Ellenberg et al., 1992). Этот подход основан на экологических характеристиках отдельных видов растений и оказался полезным для анализа экологических факторов в таких труднодоступных горных районах, как Урал (Novakovskaya et al., 2020). Всего было изучено 18 смешанных почвенно-альгологических проб. Каждый образец состоял из 5–6 индивидуальных образцов площадью 3–5 см2 и толщиной 2 см. Видовое богатство цианобактерий и водорослей выявляли прямым микроскопированием проб, а также с использованием накопительных и монокультур. Для культивирования применяли почвенную вытяжку, жидкую и агаризованную среды 3N-BBM, Bg11 (Andersen, 2005). Определение видов проводили на микроскопе Nikon Eclipse80i, оборудованном ДИК-контрастом, при увеличении до ×1000. Для идентификации видов использовали отечественные и зарубежные определители. В горных районах с усилением экстремальности среды с высотой над уровнем моря от нижних высотных поясов к высокогорным существенно изменяются экологические условия местообитаний БК. Это оказывает влияние на разнообразие и структуру водорослевых сообществ БК. Так, в БК горного луга выявлено 19 видов из шести отделов (была изучена только одна проба); в БК горных лесов и редколесий обнаружено 42 вида из пяти отделов; в БК горных тундр выявлено 65 видов водорослей из четырех отделов. В разных типах горной растительности вдоль высотного градиента меняется и структура сообществ водорослей БК. В сообществах горного луга отмечено 19 видов, в разных растительных ассоциациях горных лесов и редколесий выявлено от 7 до 15 таксонов, в горных тундрах – от 9 до 20 таксонов. Экстремальность среды возрастает с увеличением высоты над уровнем моря, что проявляется в повышении кислотности почвы, уменьшении содержания азота, снижении влажности почвы, существенном изменении условий освещенности. Почвы горных лугов, расположенных в нижней части экологического профиля, по сравнению с лесными и горно-тундровыми почвами содержат большее количество азота, а также отличаются низкой кислотностью. По влажности почв и доступности света данные сообщества занимают промежуточное положение между горными тундрами и лесами. Усложнение структуры водорослевых сообществ БК горного луга происходит за счет одноклеточных зеленых, а также диатомовых, охрофитовых и эвгленовых водорослей, обитающих в основном в увлажненных и богатых органическим веществом субстратах. На относительно высокие концентрации азота в почве указывает также присутствие нитрофильного вида Microcoleus autumnalis (Gomont) Strunecky, Komárek & J.R.Johans. (Cyanobacteria). Повышенную влажность луговых почв индицирует присутствие диатомовых водорослей, а также возрастание доли подвижных монадных форм зеленых и охрофитовых водорослей. Горные леса и редколесья, как и горные луга, характеризуются повышенной влажностью и высокой кислотностью почв. Согласно шкалам Элленберга для горных лесов отмечен самый низкий уровень освещенности нижних ярусов растительности. Все это отражается в невысоком уровне общего видового разнообразия водорослей БК, за счет снижения доли цианобактерий. По числу видов в БК горных лесов преобладают одноклеточные зеленые водоросли, чаще других встречаются виды-убиквисты из рода Chlamydomonas. Горные тундры находятся под воздействием суровых, резко меняющихся условий среды. Такие местообитания характеризуются бедными по содержанию азота почвами с невысокой влажностью и кислой реакцией среды, а также подвержены интенсивной солнечной инсоляции, на что указывают высокие показатели шкалы Элленберга по освещенности. В условиях пониженного содержания азота в почве в формировании БК возрастает роль нитчатых и колониальных цианобактерий, среди которых высока доля (65% от общего разнообразия цианобактерий) гетероцитных видов, способных к азотфиксации. Пониженная влажность почвы в горных тундрах приводит к отсутствию в списке видов диатомовых водорослей и развитию в БК представителей значительного числа видов из отделов Chlorophyta и Charophyta, формирующих слизистые колонии (Coccomyxa subglobosa Pasch., Interfilum terricola (J.B.Petersen) Mikhailyuk, Sluiman, Massalski, Mudimu, Demchenko, Friedl et Kondratyuk, Schizochlamydella minutissima Broady, Sporotetras polydermatica (Kütz.) I.Kostikov, T.Darienko, A.Lukesová, et L.Hoffmann, Cylindrocystis crassa De Bary и Mesotaenium chlamydosporum De Bary.). В составе почвенных альгогруппировок горных тундр обнаружены виды, которые являются фотобионтами лишайников: Asterochloris excentrica (Archibald) Skaloud & Peksa и виды из рода Trebouxia. Исследования показали, что видовое богатство и структура сообществ водорослей БК отражают изменение экологических факторов на высотном градиенте от горных лугов до тундр. Характеристики альгогруппировок горных растительных сообществ могут быть использованы в качестве индикаторов для оценки происходящих изменений при продвижении границы лесной растительности в связи с потеплением климата. Признаками таких изменений вследствие увеличения кислотности и влажности почв, а также ухудшения условий освещения нижних ярусов могут служить как общее уменьшение видового разнообразия водорослей БК в альгогруппировках с превалированием одноклеточных Chlorophyta, так и увеличение разнообразия Ochrophyta, снижение разнообразия и обилия Cyanobacteria (включая азотфиксирующие виды). Кроме того, показательно изменение морфологической организации талломов альгогруппировок, в частности повышение доли монадных (из рода Chlamydomonas) и сарциноидных (из рода Tetracystis) водорослей, при уменьшении доли нитчатых форм (в основном за счет представителей Cyanobacteria).
Исследования выполнены при частичной поддержке гранта РНФ № 22-24-00673. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 12.05.2022
Об авторах Новаковская Ирина Владимировна – Irina V. Novakovskaya кандидат биологических наук novakovskaya@ib.komisc.ru Патова Елена Николаевна – Elena N. Patova кандидат биологических наук patova@ib.komisc.ru Дубровский Юрий Александрович – Yuri A. Dubrovskiy кандидат биологических наук dubrovsky@ib.komisc.ru Новаковский Александр Борисович – Alexander B. Novakovskiy кандидат биологических наук novakovsky@ib.komisc.ru Корреспондентский адрес: 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, ИБ КНЦ УрО РАН. Телефон (8212) 21-68-55.
ССЫЛКА: Новаковская И.В., Патова Е.Н., Дубровский Ю.А., Новаковский А.Б. Разнообразие водорослей и цианобактерий на экологическом высотном профиле от горного леса до тундры (Северный Урал) // Вопросы современной альгологии. 2022. № 1 (28). С. 81–85. URL: http://algology.ru/1814 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2022-1(28)-81-85 EDN – PLXYAT При перепечатке ссылка на сайт обязательна Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Diversity of algae and cyanobacteria on the ecological altitudinal profile from mountain forest to tundra (Northern Urals) Irina V. Novakovskaya, Elena N. Patova, Yuri A. Dubrovskiy, Alexander B. Novakovskiy Institute of Biology of Komi Scientific Centre, UB RAS (Syktyvkar, Russia)
Key words: biological soil crusts; diversity and structure of algal communities; altitudinal gradient; mountain tundra communities of Northern Urals
References
Authors Novakovskaya Irina V. ORCID – https://orcid.org/0000-0001-5056-9965, eLIBRARY Author ID – 173831 Institute of Biology of Komi Scientific Centre, Ural Branch of RAS, Syktyvkar, Russia novakovskaya@ib.komisc.ru Patova Elena N. ORCID – http://orcid.org/0000-0002-9418-1601, eLIBRARY Author ID – 63795 Institute of Biology of Komi Scientific Centre, Ural Branch of RAS, Syktyvkar, Russia patova@ib.komisc.ru Dubrovskiy Yuri A. ORCID – https://orcid.org/0000-0002-7219-054X, eLIBRARY Author ID – 600070 Institute of Biology of Komi Scientific Centre, Ural Branch of RAS, Syktyvkar, Russia dubrovsky@ib.komisc.ru Novakovskiy Alexander B. ORCID – https://orcid.org/0000-0003-4105-7436, eLIBRARY Author ID – 168478 Institute of Biology of Komi Scientific Centre, Ural Branch of RAS, Syktyvkar, Russia novakovsky@ib.komisc.ru
ARTICLE LINK: Novakovskaya I.V., Patova E.N., Dubrovskiy Yu.A., Novakovskiy A.B. Diversity of algae and cyanobacteria on the ecological altitudinal profile from mountain forest to tundra (Northern Urals).Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2022. № 1 (28). P. 81–85. URL: http://algology.ru/1814 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2022-1(28)-81-85 EDN – PLXYAT When reprinting a link to the site is required
На ГЛАВНУЮ
|
|
|
 | | ||
|
| ||