Biological activity of soils and related substrates of some Vietnam nature reserves

Abstract

For the first time, a comprehensive study of the biological activity of microbial communities in protected tropical ecosystems of Vietnam has been conducted using the example of four types of substrates: mineral soils and associated plant litter, rhizospheric soil, and specific soil-like formations —“suspended” soils in baskets of epiphytic ferns. It is shown that suspended soils and plant litter are characterized by 3‒5 times higher microbial biomass (up to 1.44 mg•g⁻1), as well as significantly more intensive processes of carbon dioxide emission, nitrogen fixation and denitrification compared with mineral soil horizons. The revealed high biological activity of these substrates correlates with an extremely high content of organic carbon (up to 51.4%) and less acidic pH values. For the first time, methane emissions were quantified for this territory, showing maximum values in the upper soil layer (up to 173 ng CH4•g‒1•day–1) and a negative correlation with altitude (p=0.0001). The data obtained make it possible to identify plant litter and epiphytic “suspended” soils as key loci of biogeochemical cycles of nitrogen and carbon in the tropical forests of Vietnam.

References

1.    Александрова А.В., АдолбаеваИ.И., Калашникова К.А.и др. Влияние факторов окружающей среды на структуру комплексов почвообитающих микроскопических грибов тропических лесов Вьетнама // Сибирский экологический журнал. 2018. Т. 5. С. 545–558. https://doi.org/10.15372/SEJ20180504
2.    Антонова И.И., Александрова А.В., Антонов Е.А.и др. Микроскопические культивируемые грибы предгорных лесов национального парка Бузямап (Вьетнам) // Микология и фитопатология. 2024. Т. 58, №3. C. 177–194.https://doi.org/10.31857/S0026364824030017
3.    Газовая хроматография: электронное учеб. пособие //  Сост. А.А. Голованов,  О.Б. Григорьева, В.В. Бекин. Тольятти,  2014. 112 с. 
4.    ДорченковаЮ.А., Грачева Т.А., Лысак Л.В. Характеристика актиномицетных комплексов заповедника ПуХоат // Почвоведение. 2022. № 4. С. 482–487. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040074. EDNMACGEC.
5.    Евдокимов И.В., Костина Н.В., Быховец С.С.и др. Активность выделения СО2, азотфиксации и денитрификации при разложении крупных древесных остатков ели обыкновенной в южной тайге // Почвоведение. 2023. Т. 3. С. 370–379. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600949
6.    Князева А.В., Лысак Л.В., Лапыгина Е.В. и др. Обилие и разнообразие микроорганизмов в почвах и сопряженных субстратах (опаде и «подвешенной почве») некоторых заповедников Вьетнама // Почвоведение. 2023. № 6. С. 730–744. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601323
7.    Князева А.В., Лысак Л.В., Чепцов В.С. и др. Бактериальные сообщества «подвешенных почв» заповедников Вьетнама // Бюлл. Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2026. № 127. С. 126–159. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2026-127-126-159
8.    Ковалевская Н.П., Завьялова Н.Е., Шаравин Д.Ю. и др. Биологическая активность дерново-подзолистой почвы в длительном опыте с различными агротехническими приемами // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. Т.3. C. 38‒41.https://doi.org/10.31857/S2500-6272019338-41
9.    Кудеяров В.Н. Азотный цикл и продуцирование закиси азота // Почвоведение. 1999. Т. 8. С. 988–998.
10.    Лопес де Гереню В.О., Курбатова Ю.А., Курганова И.Н.и др. Суточная и сезонная динамика потока СО2 из почв в различных древостоях муссонного тропического леса // Почвоведение. 2011. Т. 9. С. 1074–1082.
11.    Мамай А.В., Степанов А.Л., Федорец Н.Г. Микробная трансформация соединений азота в почвах средней тайги // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2013. Т. 4. С. 32–37.
12.    Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учеб.// Под ред. Д.Г. Звягинцева.М., 1991. 304 с.
13.    Мешалкина Ю.Л., Самсонова В.П. Математическая статистика в почвоведении: Практикум. М., 2008. 84 с.
14.    Морозкина Е.В., Кураков А.В. Диссимиляторнаянитратредукция у грибов в условиях гипоксии и аноксии // Прикладная биохимия и микробиология. 2007. Т. 43, № 5. С. 607–613.
15.    Нгуен Ван Дык. Гумусовое состояние ферраллитных почв экосистем горного Вьетнама: Автореф.дис. … канд. биол. наук. М., 2013. 25 с.
16.    Рогожина Е.В., Костина Н.В., Малюкова Л.С. Оценка потенциальной азотфиксирующей активности почв агрофитоценозов субтропической зоны России // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2011. Т. 1. C. 35–38.
17.    Степанов А.Л. Микробная трансформация парниковых газов в почвах // М., 2011. 192 с.
18.    Степанов А.Л., Лысак Л.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии.М., 2002.88 с.
19.    Chernov T.I., Zhelezova A.D., Tkhakakhova A.K. et al. Microbiomes of Virgin Soils of Southern Vietnam Tropical Forests // Microbiology. 2019. Vol. 88. P. 489–498. https://doi.org/10.1134/S0026261719040040
20.    Chiu C.-Y., Lee S.-C., Chen T.-H. et al. Denitrification associated N loss in mangrove soil // Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2004. Vol. 69. P. 185‒189. https://doi.org/10.1023/B:FRES.0000035170.46218.92
21.    Diaz‐Vallejo E., Seeley M., Smith, A. et al. A meta‐analysis of tropical land‐use change effects on the soil microbiome: Emerging patterns and knowledge gaps //Biotropica. 2021. Vol. 53.P. 738‒752.https://doi.org/10.1111/btp.12931
22.    Eskov A., Zverev A., Abakumov E. Microbiomes in Suspended Soils of Vascular Epiphytes Differ from Terrestrial Soil Microbiomes and from Each Other // Microorganisms. 2021. Vol. 9. P.1033‒1046. https://doi.org/10.3390/microorganisms9051033
23.    Greenland D.J. Denitrification in some tropical soils // The Journal of Agricultural Science. 1962. Vol. 58. P. 227‒233. https://doi.org/10.1017/S0021859600010182
24.    Ha T.K.T., Maeda M., Fujiwara T. et al.Effects of soil type and nitrate concentration on denitrification products (N2O and N2) under flooded conditions in laboratory microcosms // Soil Science and Plant Nutrition. 2015. Vol. 61(6). P. 999–1004. https://doi.org/10.1080/00380768.2015.1094747
25.    Kotsyurbenko O.R., Chin K.J., Glagolev M.V. et al.Acetoclastic and hydrogenotrophic methane production and methanogenic populations in an acidic West-Siberian peat bog // Environ Microbiol. 2004. Vol. 6(11). P. 1159‒1173. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2004.00634.x
26.    Li Z., Tang Z., Song Z. et al. Variations and controlling factors of soil denitrification rate // Glob Chang Biol. 2022. Vol. 28(6). P. 2133‒2145. https://doi.org/10.1111/gcb.16066
27.    Pajares S., Bohannan B. Ecology of Nitrogen Fixing, Nitrifying, and Denitrifying Microorganisms in Tropical Forest Soils // Front. Microbiol. 2016. Vol. 7. P. 1‒20. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01045
28.    Polyanskaya L.M., Zvyagintsev D.G. The content and composition of microbial biomass as an index of the ecological status of soil // Eurasian Soil Science. 2005. Vol. 38(6). P. 625-633.
29.    Prashar P., Kapoor N., Sachdeva S. Rhizosphere: Its structure, bacterial diversity and significance // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2013. Vol. 13. P. 63‒77.https://doi.org/10.1007/s11157-013-9317-z
30.    Salamanca E., Raubuch M., Joergensen R. Relationships between soil microbial indices in secondary tropical forest soils // Applied Soil Ecology. 2002. Vol. 21. P. 211‒219. https://doi.org/10.1016/S0929-1393(02)00091-4
31.    Templer P.H., Silver W.L., Pett-Ridge J. et al. Plant and microbial controls on nitrogen retention and loss in a humid tropical forest // Ecology. 2008. Vol. 89. P. 3030–3040. https://doi.org/10.1890/07-1631.1
32.    Van L.N., Quang D.N., Herrmann L. Restoring soil health from long-term intensive Robustcoffee cultivation in Vietnam: “a review” // Agron. Sustain. Dev. 2025. Vol. 45. https://doi.org/10.1007/s13593-025-01023-4
33.    Xuan T.D., Minh T.T.N., Rayee R. et al. Advances in mitigating methane emissions from rice cultivation: past, present, and future strategies // Environ Sci Pollut Res Int. 2025. Vol. 32(34). P. 20232‒20247. https://doi.org/10.1007/s11356-025-36776-8
34.    Zhao M., Wang M., Zhao Y. et al.Variations in Concentration and Carbon Isotope Composition of Methanotroph Biomarkers in Sedge Peatlands Along the Altitude Gradient in the Changbai Mountain, China // Frontiers in Microbiology. 2022. Vol. 13.P. 1‒9. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.892430