Почвоведение, 2021, № 6, стр. 735-746

ВВЕДЕНИЕ

Фракционирование изотопов азота (N) в биосфере происходит в результате дискриминации тяжелого изотопа ¹⁵N в большинстве процессов трансформации азотсодержащих соединений. Это позволяет использовать изотопный состав N почв и растений для интегральной характеристики азотного цикла [11, 27] и характеристики его отдельных процессов в экосистемах [2, 5, 9, 17]. Ключевым компонентом экосистем, ответственным за трансформацию органического вещества, контролирование соотношения минеральных и органических форм азота и доступности N для растений являются почвенные микроорганизмы. Однако данные по изотопному составу азота в них редки, поэтому использование этого показателя для характеристики азотного цикла и процессов трансформации азотсодержащих соединений в экосистемах не получило широкого распространения.

Наибольшего успеха в изучении закономерностей формирования изотопного состава азота микробной биомассы почв (δ¹⁵N_микр) добились ученые из Университета Северной Аризоны [10, 13–15]. До этих исследований имелись сведения об обогащении изотопом ¹⁵N культур бактерий относительно аминокислоты, как единственного источника азота [21], а также плодовых тел и гифов эктомикоризных и сапротрофных грибов относительно органического вещества почв [18, 19, 29]. Однако именно в работах ученых из Аризоны было впервые показано, что общая микробная биомасса, как правило, является наиболее обогащенным изотопом ¹⁵N пулом азота в почве [13, 15]. Кроме того, они предложили модель, объясняющую варьирование ¹⁵N-обогащения микроорганизмов в зависимости от относительной доступности углерода и азота, что позволило характеризовать особенности процессов трансформации органического вещества в почвах на основе данных по изотопному составу углерода и азота почвенных микроорганизмов [10, 14].

В основе модели лежит давно сформировавшееся представление о том, что гетеротрофные организмы, выделяющие азот во внешнюю среду в ходе диссимиляции, обогащены тяжелым изотопом ¹⁵N относительно потребляемой пищи, так как его дискриминация при диссимиляции выше, чем при ассимиляции [12, 23, 25]. Соответственно, соотношение количеств элемента, вовлеченных в эти процессы обмена веществ, будет определять степень ¹⁵N-обогащения организма. При высокой доступности углерода и низкой азота (большое соотношение C/N в субстрате) микроорганизмы преимущественно ассимилируют азот и характеризуются относительно небольшими значениями δ¹⁵N, связанными с изотопным составом азота в основных его субстратах. В случае повышения доступности азота (уменьшение соотношения C/N в субстрате) его избыток удаляется из клеток преимущественно в виде ¹⁴N, и δ¹⁵N микроорганизмов возрастает. Эта модель была подтверждена при изучении большого разнообразия почв Аризоны, в частности, в почвах высотных и возрастных градиентов [10, 13, 14] и полупустынных почв с разным уровнем поступления навоза крупного рогатого скота [15]. В почвах возрастного градиента на Гавайях модель также нашла подтверждение [14].

После этих ярких работ появился ряд новых свидетельств, подтверждающих обогащенность изотопом ¹⁵N микробной биомассы почв [20, 22, 26, 30, 32], а также отдельных видов микроорганизмов при их культивировании на разных азотсодержащих средах [28, 33]. В единичных исследованиях предложенная модель была подтверждена в лабораторном инкубационном эксперименте с почвой [20] и при анализе почв разных систем землепользования [32].

Однако изученных в этом аспекте почв все еще немного, поэтому до конца неизвестно, насколько универсальна предложенная модель для контроля величины δ¹⁵N_микр в разнообразных почвенных условиях. В связи с этим мы проверили гипотезу ассимиляции–диссимиляции, как важного механизма контроля δ¹⁵N_микр, на примере двух градиентов доступности азота: в альпийском поясе Кавказа и тундровом поясе Хибин. В соответствии с этой гипотезой мы ожидали, что (1) азот микробной биомассы обогащен изотопом ¹⁵N по сравнению с другими пулами азота почв, и (2) величина ¹⁵N-обогащения зависит от относительной доступности углерода и азота для микроорганизмов (соотношения C/N в почве, активности N-минерализации и эффективности использования азота).

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследовали почвы вдоль двух градиентов, демонстрирующих выраженные различия процессов трансформации соединений азота и его доступности для организмов в зависимости от положения на геохимически сопряженных элементах мезорельефа.

Первый объект – это хорошо изученная катена в альпийском поясе Северного Кавказа на северо-восточных отрогах хребта Малая Хатипара в Тебердинском государственном природном биосферном заповеднике (Карачаево-Черкесская республика). Изучали почвы четырех биогеоценозов (альпийская лишайниковая пустошь (АЛП), гераниево-копеечниковый луг (ГКЛ), пестроовсяницевый луг (ПЛ) и альпийский ковер (АК)). АЛП занимает малоснежные участки на гребнях и выпуклых верхних частях склонов, ПЛ – среднюю часть склона с бóльшим снегонакоплением, ГКЛ расположен в нижней части склона и в западинах на склоне со значительным снегонакоплением, АК развит на многоснежных участках у подножия склона.

Горно-луговые почвы (Umbric Leptosols) этих экосистем были подробно охарактеризованы ранее, включая процессы трансформации соединений азота и его изотопный состав [3–6]. Они характеризуются высоким содержанием органического вещества и N. Преобладающей формой неорганических соединений азота является аммонийная (N–${\text{NH}}_{4}^{ + }$). Меньшие концентрации N–${\text{NH}}_{4}^{ + }$ и меньшие активности минерализации органических соединений азота характерны для почв АЛП и АК, занимающих крайние положения в геоморфологическом профиле. Соотношение C/N различается несильно, будучи несколько меньшим в почвах АЛП и ГКЛ, для которых характерно присутствие бобовых растений в составе фитоценозов [3, 6].

Второй объект – это катена в тундровом поясе Хибин на склоне горы Вудъяврчор (Ботанический цирк на территории Полярно-альпийского ботанического сада-института им. Н.А. Аврорина (Мурманская область)). Здесь также изучали почвы четырех биогеоценозов (кустарничково-лишайниковая пустошь (КЛП), кустарниковая пустошь (КП), злаковый луг (ЗЛ) и осоковый луг (ОЛ)). Почвы представлены сухоторфяно-подбуром иллювиально-гумусовым (Folic Leptosol) в КЛП, сухоторфяно-литоземом перегнойно-грубогумусовым (Folic Leptosol) в КП и литоземами перегнойно-темногумусовыми (Haplic Leptosols) в луговых экосистемах. Процессы трансформации соединений азота и его изотопный состав подробно охарактеризованы в наших недавних работах [1, 2]. Эти почвы резко различаются по содержанию экстрагируемых неорганических и органических соединений N. В почвах КЛП и КП экстрагируемый N представлен в основном органическими соединениями, концентрации N–${\text{NH}}_{4}^{ + }$ невелики, а азот нитратов (N–${\text{NO}}_{3}^{ - }$) содержится в следовых количествах. При переходе от почв пустошей к почвам лугов концентрации неорганических и органических соединений N возрастают в 36–62 раза и в 3–8 раз соответственно, и начинает преобладать N неорганических соединений, что полностью соответствует увеличению в десятки раз активностей N-минерализации и нитрификации. Соотношение C/N в поверхностных органогенных горизонтах составляет 21–30 и не демонстрирует четкой закономерности изменения в катене. В верхних минеральных горизонтах оно отличается в почвах пустошей (20.8–21.2) и лугов (14.0–15.9) [1].

Изучали поверхностный гумусово-аккумулятивный горизонт в почвах альпийских экосистем и два горизонта (поверхностный органогенный (TJ или O) и верхний минеральный (BFH или AH)) в почвах тундровых экосистем. Образцы почв отбирали в полиэтиленовые пакеты в пределах каждого фитоценоза в 8 повторностях в почвах альпийских экосистем и в 5 повторностях в почвах тундровых экосистем, замораживали не позднее 5 часов после отбора и хранили до выполнения анализов в замороженном состоянии.

Изотопный состав азота микробной биомассы почв характеризовали на основе определения величины δ¹⁵N хлороформ-лабильного азота, который используется для расчета азота микробной биомассы методом фумигации-экстракции [8]. Хотя фракция азота, экстрагируемая из фумигированных хлороформом почв, представляет лишь примерно половину от общего азота микробной биомассы, соответствие ее изотопного состава изотопному составу азота микробной биомассы убедительно обосновано в опубликованных работах [13, 14]. Экстракцию азота из исходных и фумигированных хлороформом образцов осуществляли с использованием 0.05 М K₂SO₄ вместо стандартного 0.5 М K₂SO₄. Ранее показано, что такое уменьшение концентрации соли не влияет существенно на экстрагируемость хлороформ-лабильного азота, но позволяет получать более воспроизводимые результаты изотопного анализа за счет большей концентрации азота в анализируемом образце – осадке после выпаривания экстракта K₂SO₄ [22].

Азот, экстрагируемый из нефумигированных (N_экстр) и фумигированных (N_{экстр фум}) образцов, концентрировали, выпаривая 10 мл экстракта в фарфоровой чашке на водяной бане при 60°С. Выпаренные соли гомогенизировали металлическим шпателем и растирали фарфоровым пестиком. Для изотопного анализа N_экстр использовали 30–40 мг соли, а для анализа N_{экстр фум} – 15–20 мг, в которых содержалось 20–60 мкг N.

Расчет δ¹⁵N_микр проводили на основе изотопного масс-баланса с использованием данных о концентрациях и изотопном составе N_экстр и N_{экстр фум}:

После этого рассчитывали ¹⁵N-обогащение N_микр относительно субстрата (N_общ и N_экстр):

Величины δ¹⁵N_экстр и δ¹⁵N_{экстр фум} определяли в Центре исследований и анализа стабильных изотопов Геттингенского университета на элементном анализаторе с масс-спектрометром Delta^plus. Результаты по концентрациям разных форм углерода и азота и N-минерализации взяты из опубликованных работ [1, 3, 4, 6] (табл. 1). Для характеристики абсолютной и относительной доступности азота, кроме обычно используемых соотношений C_общ/N_общ и C_экстр/N_экстр, N-минерализации, дополнительно использовали концентрации N_экстр, C_экстр и рассчитали доли N_экстр от N_микр, C_экстр от C_микр, а также эффективность использования азота (NUE – Nitrogen Use Efficiency), характеризующую распределение поглощаемого микроорганизмами азота между микробной биомассой и диссимиляцией в виде неорганических соединений [24]:

Высокий показатель NUE свидетельствует о закреплении большей части поглощаемого микроорганизмами азота в составе биомассы и выделении в среду малого количества N в составе ${\text{NH}}_{4}^{ + }.$ Небольшое значение NUE, напротив, показывает, что значительная часть поглощаемого азота не закрепляется в биомассе микроорганизмов, а выделяется ими в виде N–${\text{NH}}_{4}^{ + }.$

Для проверки значимости влияния фактора “биогеоценоз” на изучаемые показатели использовали непараметрический тест Краскела–Уоллиса. Для оценки связи между величинами δ¹⁵N_микр и δ¹⁵N_общ, δ¹⁵N_экстр, а также между δ¹⁵N_микр, Δ¹⁵N_микр-о и Δ¹⁵N_микр-э, с одной стороны, и показателями доступности азота (C_общ/N_общ, C_экстр/N_экстр, доля N_экстр от N_микр, N-минерализация, NUE), с другой, использовали коэффициенты корреляции Спирмана.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Величина δ¹⁵N_микр в изученных почвах варьирует от –0.2 до +8.4‰ (табл. 2). В гумусовых горизонтах почв альпийских экосистем она составляет 4.5–7.4‰. Близкие значения характерны для верхних минеральных горизонтов почв тундровых экосистем (4.9–8.4‰), но в органогенных горизонтах этих почв значения δ¹⁵N_микр значительно меньше (от –0.2 до 2.5‰).

Значения δ¹⁵N_микр в гумусовых горизонтах хорошо согласуются с полученными ранее. Так, для горно-луговых альпийских почв опубликованы значения в диапазоне 6.3–7.2‰ [22]. В почвах хвойных и смешанных лесов в Австрии [26], хвойных посадок в Центральном Китае [32], а также травяных экосистем прерий в Канзасе [31] величина δ¹⁵N_микр составила 4.7–5.9‰. Несколько большие значения (7–11‰) получены для пахотной лювисоли Франции [20] и для почв высотного градиента в Северной Аризоне [14].

Одновременно опубликованы и гораздо большие значения δ¹⁵N_микр. В полупустынных почвах Аризоны с разным уровнем поступления навоза крупного рогатого скота величина составила 13–18‰ [13, 15], в пахотных почвах Центрального Китая – 12.4–15.9‰ [32], в серых лесных почвах, черноземах и каштановых почвах Русской равнины – 10.4–16.5‰ [22].

Небольшие значения δ¹⁵N_микр (1.8–2.3‰), подобные полученным нами для органогенных горизонтов, также фиксировались, например, в почвах под травяными сообществами в Канзасе [30].

Азот микробной биомассы почв альпийских и тундровых экосистем в большинстве случаев характеризуется ¹⁵N-обогащением относительно N_общ и N_экстр (величина Δ¹⁵N_микр-о составила 1.5–3.1‰, а Δ¹⁵N_микр-э – 0.6–4.8‰). Вместе с тем, в гумусовых горизонтах почв КЛП и КП и в органогенном горизонте почвы КЛП горной тундры Хибин ¹⁵N-обогащение микробной биомассы относительно N_общ практически отсутствует (Δ¹⁵N_микр-о = = ‒0.2…+0.3‰), а относительно N_экстр и вовсе характерно ¹⁵N-обеднение микробной биомассы (Δ¹⁵N_микр-э =  –0.6…–1.6‰).

В опубликованных работах N_микр также, как правило, характеризуется ¹⁵N-обогащением. Так, в почвах Аризоны, формирующихся в разных биоклиматических условиях, ¹⁵N-обогащение составило в среднем 3.2‰ относительно N_общ и 3.7‰ относительно N_экстр [13]. Значения Δ¹⁵N_микр, близкие к полученным нами в этой работе, наблюдались в горно-луговых почвах Тебердинского заповедника и ранее (2.3–2.4‰ относительно N_общ и 1.2–3.7‰ относительно N_экстр) [22].

Несколько большие величины ¹⁵N-обогащения микробной биомассы относительно N_общ показаны для почв хвойных и смешанных лесов в Австрии (4–5‰) [26] и для почв Центрального Китая (1.8–6.8‰) [32]. Опубликованы и гораздо большие показатели ¹⁵N-обогащения микробной биомассы, которые были получены для очень контрастных почв. Например, очень большое обогащение (17‰) относительно N_общ отмечено в тундровых почвах на севере Норвегии [7], но одновременно этот показатель составил до 10‰ в серых лесных почвах, черноземах и каштановых почвах Русской равнины. Относительно N_экстр¹⁵N-обогащение микробной биомассы в этих почвах достигало 11.9–14.5‰ [22].

Вместе с тем микробная биомасса почвы не всегда характеризуется обогащением изотопом ¹⁵N относительно других пулов азота. Так, в пахотной лювисоли во Франции N_микр не оказался ¹⁵N-обогащенным ни относительно N_общ, ни относительно N_экстр, и только в результате лабораторной инкубации почвы этот показатель достиг 2 и 3.5‰ относительно N_общ, и N_экстр соответственно [20].

В почвах под травяными сообществами в Канзасе разные исследователи обнаружили либо очень маленькое ¹⁵N-обогащение микробной биомассы относительно N_общ (0.1–0.6‰) [31], либо установили как ее обеднение (–0.8…–1.4‰), так и обогащение (1.3–1.8‰) [30]. Относительно N_экстр обогащение в обоих случаях было более выражено: 2.2–3.0‰ [31] и 0–3.5‰ [30].

Обогащение микроорганизмов изотопом ¹⁵N относительно субстрата было показано и при культивировании гриба (Saccharomyces cerevisiae), бактерии (Escherichia coli) и архей (Sulfolobus tokodaii и Halobacterium salinarum) на средах с казаминовыми кислотами в качестве источника азота. ¹⁵N-обогащение культур составило 3.6 ± 0.2, 0.6 ± 0.2 и 3.5 ± 0.7‰ для гриба, бактерии и архей соответственно. При этом индивидуальные аминокислоты микроорганизмов демонстрировали широкий диапазон ¹⁵N-обогащения (от –3.0 до 9.0‰) [33].

Большую величину δ¹⁵N_микр и ¹⁵N-обогащение микробной биомассы почв связывают с большей дискриминацией изотопа ¹⁵N при диссимиляции азота, чем при его ассимиляции, и, следовательно, эти показатели должны быть связаны с вовлеченностью азота в процессы обмена веществ микроорганизмами [10, 13–15]. Вместе с тем на формирование величины δ¹⁵N_микр оказывает влияние изотопный состав используемых микроорганизмами азотных субстратов, который может интегрально характеризоваться величинами δ¹⁵N_общ и δ¹⁵N_экстр, а более точно – величинами δ¹⁵N индивидуальных соединений, преимущественно поглощаемых микроорганизмами.

В частности, наличие положительной корреляции между δ¹⁵N_микр и δ¹⁵N_общ позволило авторам указать на прямое влияние источника азотного питания микроорганизмов на величину δ¹⁵N_микр в почвах Центрального Китая [32]. Вместе с тем высказывалось мнение, что фракционирование изотопов в процессе поглощения и метаболизма азота микроорганизмами может существенно влиять на величину δ¹⁵N_микр, и поэтому этот показатель вряд ли может надежно идентифицировать используемый микроорганизмами азотный субстрат в природных условиях [16].

В нашем случае показана прямая корреляция между δ¹⁵N_микр и δ¹⁵N_общ как для всей совокупности исследованных образцов альпийских и тундровых почв, так и для отдельных групп почвенных горизонтов (рис. 1). Таким образом, небольшие значения δ¹⁵N_микр в органогенных горизонтах могут быть связаны с более легким изотопным составом азота субстрата, используемого микроорганизмами. Вместе с тем величина δ¹⁵N_микр в органогенных горизонтах тундровых почв КЛП и КП, характеризующихся низкой доступностью азота, оказалась больше, чем в соответствующих горизонтах почв ЗЛ и ОЛ, активность N-минерализации в которых гораздо выше. Такой неожиданный результат может быть предположительно объяснен высокой долей мицелия грибов, образующих эрикоидную микоризу, в составе микробной биомассы органогенных горизонтов почв КЛП и КП. Известно, что в условиях низкой доступности азота микоризные грибы активно фракционируют изотопы азота, аккумулируя ¹⁵N в своем составе [16].

Рис. 1.

Соотношение между изотопным составом азота микробной биомассы и показателями изотопного состава других пулов азота почвы и доступности азота. Здесь и на рис. 2 и 3: сплошная линия тренда – для всей совокупности образцов; серые квадраты и штрихпунктирная линия тренда – для горизонта А альпийских почв; белый кружок и штриховая линия тренда – для органогенных горизонтов горно-тундровых почв; черный кружок и пунктирная линия тренда – для верхних минеральных горизонтов горно-тундровых почв. Показаны только статистически значимые коэффициенты аппроксимации (p < 0.05).

Нехарактерная закономерность формирования величины δ¹⁵N_микр в органогенных горизонтах тундровых почв обусловливает снижение уровня ее взаимосвязи для всей совокупности изученных образцов почв с такими показателями доступности азота, как доля N_экстр от N_микр и NUE, а взаимосвязь с N-минерализацией не прямая, а обратная. При этом в минеральных горизонтах почв как альпийских, так и тундровых экосистем эти взаимосвязи гораздо более тесные (рис. 1). Это соответствует меньшим значениям δ¹⁵N_микр в почвах АЛП, КЛП и КП, характеризующихся низкими показателями доступности азота. Величина δ¹⁵N_микр отрицательно связана с соотношением C_общ/N_общ, что соответствует снижению накопления изотопа ¹⁵N в микроорганизмах на бедных азотом субстратах.

Положительная связь между δ¹⁵N_микр и δ¹⁵N_экстр заметно слабее, а в пределах групп верхних минеральных горизонтов она и вовсе отрицательная. Этот результат подтверждает мнение о том, что интегральная характеристика азотного цикла, как правило, хорошо отражается в изотопных данных через величину δ¹⁵N_общ, тогда как характеристика отдельных процессов по изотопным показателям более лабильных пулов почвенного азота в природных условиях является не таким простым вопросом [11, 27]. Например, разница в величине δ¹⁵N разных фракций лабильного азота в изученных почвах может превышать 10–20‰ [2, 5], при этом неизвестно, какие из них преимущественно поглощаются микроорганизмами в конкретных почвенных условиях.

Связь между δ¹⁵N_микр, изотопным составом азота субстрата и активностью диссимиляции азота может быть не всегда очевидной и в связи с тем, что эффект от физиологического фракционирования изотопов и от изотопного состава субстрата может быть как однонаправленным, так и частично компенсирующим. Так, при низкой доступности азота характерно небольшое фракционирование изотопов в процессах ассимиляции-диссимиляции, и одновременно небольшое фракционирование при поглощении ограниченного ресурса. В результате величина δ¹⁵N_микр оказывается приближенной к δ¹⁵N основных источников азота. В случае же высокой доступности азота, с одной стороны, происходит сильное фракционирование изотопов в процессах ассимиляции–диссимиляции, приводящее к росту величины δ¹⁵N_микр, но с другой, повышается и фракционирование при поглощении азота, когда преимущественно поглощается изотоп ¹⁴N, компенсируя увеличение δ¹⁵N_микр. Такой эффект, возможно, проявляется в органических горизонтах почв горно-тундровых лугов (ЗЛ и ОЛ), для которых характерны высокие показатели N-минерализации и содержания неорганических соединений азота, но величина δ¹⁵N_микр при этом меньше, чем в органических горизонтах почв КЛП и КП (табл. 2).

¹⁵N-обогащение микробной биомассы в почвах альпийских и тундровых экосистем относительно N_общ и N_экстр демонстрирует, как хорошее, так и гораздо меньшее соответствие известным закономерностям, к которым относятся, прежде всего, обратная связь с соотношениями C_общ/N_общ и C_экстр/N_экстр [10, 14, 30, 32] и прямая – с активностью N-минерализации [14]. Первая взаимосвязь в исследованных нами почвах оказалась неубедительной, продемонстрировав для всей совокупности изученных образцов лишь слабую тенденцию (статистически значимая связь только между Δ¹⁵N_микр-э и C_экстр/N_экстр) (рис. 2 и 3). Наиболее выраженной она оказалась для минеральных горизонтов почв горно-тундровых экосистем. Таким образом, в отличие от хорошо выраженной отрицательной связи между соотношением C_общ/N_общ и δ¹⁵N_микр, подобная взаимосвязь с Δ¹⁵N_микр-о и Δ¹⁵N_микр-э не прослеживается ввиду относительной обогащенности азотом органического вещества в почве АЛП, характеризующейся низкой доступностью азота, и отсутствия взаимосвязи в органических горизонтах тундровых почв.

Рис. 2.

Соотношение между ¹⁵N-обогащением микробной биомассы относительно общего азота почвы и показателями доступности азота и углерода.

Рис. 3.

Соотношение между ¹⁵N-обогащением микробной биомассы относительно экстрагируемого азота почвы и показателями доступности азота и углерода.

Прямая взаимосвязь Δ¹⁵N_микр-о и Δ¹⁵N_микр-э с N‑минерализацией выражена лучше, особенно в минеральных горизонтах. Прямая связь наблюдается также между ¹⁵N-обогащением микробной биомассы и абсолютной и относительной концентрациями N_экстр, а обратная связывает ¹⁵N-обогащение с NUE. Таким образом, все показатели, отражающие активность диссимиляции азота микроорганизмами, взаимосвязаны с ¹⁵N-обогащением микробной биомассы. Полученный результат подтверждает действенность ранее предложенного механизма контроля изотопного состава микробной биомассы в почве, связанного с варьированием относительной доступности углерода и азота для микробного питания, определяющей уровень диссимиляции азота микроорганизмами [10, 14]. Этой гипотезе соответствуют и результаты полевого эксперимента с удобрением травяных экосистем в Канзасе, где ¹⁵N-обогащение микробной биомассы почв при внесении азотных удобрений значимо превышало этот показатель в почвах без удобрений, а также было связано положительно с количеством неорганического азота и отрицательно – с соотношением C/N [30].

Диссимиляционная гипотеза ¹⁵N-обогащения микробной биомассы была недавно подтверждена и при культивировании Aspergillus oryzae на пяти средах с разным соотношением C/N (от 5 до 100) с использованием глицина в качестве единственного источника азота. Интенсивное выделение ${\text{NH}}_{4}^{ + },$ обедненного изотопом ¹⁵N, при выращивании A. oryzae на средах с соотношением C/N < 30 сопровождалось увеличением δ¹⁵N_микр. На средах с C/N >30 азот закреплялся в биомассе A. oryzae, а величина δ¹⁵N_микр при этом не менялась более чем на 1‰. Между ¹⁵N-обогащением N_микр относительно глицина и NUE, как и соотношением C/N в субстрате, наблюдалась отрицательная корреляция [28].

В отличие от показателей доступности азота, которые являются хорошими предикторами δ¹⁵N_микр и ¹⁵N-обогащения микробной биомассы, и от соотношений C/N в почве и экстрагируемых компонентах, которые косвенно характеризуют относительную доступность углерода и азота и в меньшей степени определяют значения ¹⁵N-обогащения, показатели доступности углерода (C_экстр и доля C_экстр от C_микр) не демонстрируют ожидаемой связи с показателями изотопного состава микробной биомассы (рис. 2 и 3). Высокая доступность углерода должна способствовать большей ассимиляции и меньшей диссимиляции азота и приводить к небольшим значениям δ¹⁵N_микр и ¹⁵N-обогащения. Однако в исследованных почвах концентрации экстрагируемых углерода и азота положительно взаимосвязаны (R² = 0.84, p < 0.001). В результате показатели доступности углерода оказываются положительно связанными с показателями изотопного состава микробной биомассы. Положительная связь между ¹⁵N-обогащением микробной биомассы и концентрацией C_экстр характерна также для почв травяных экосистем в Канзасе [30]. Нам известна только одна работа [15], в которой показана отрицательная связь между ¹⁵N-обогащением микробной биомассы относительно экстрагируемого азота и концентрацией экстрагируемого углерода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Микробная биомасса почв альпийских и горно-тундровых экосистем в большинстве случаев обогащена изотопом ¹⁵N относительно общего и экстрагируемого азота. Степень обогащения связана с активностью диссимиляции азота микроорганизмами, зависящей от доступности ресурса. Показателями такой доступности являются абсолютная и относительная концентрации экстрагируемого азота, активность N-минерализации и эффективность использования азота микроорганизмами. В то же время соотношения C/N в почве и экстрагируемых соединениях не всегда являются надежными показателями, определяющими ¹⁵N-обогащение микробной биомассы почв, а абсолютная и относительная концентрации экстрагируемого углерода не являются показателями высокой доступности углерода и низкой – азота.