Seasonal dynamics of microbial biomass in Lasius niger nests and adjacent soils of Moscow

Abstract

Despite the significant role of the black garden ant (Lasius niger) in soil formation processes, the seasonal dynamics of microbial biomass in its nests and adjacent urban soils remains poorly understood. The relevance of this study is related to the need to assess the contribution of L. niger to the biological activity of soils under anthropogenic stress. The study is aimed at analyzing the dynamics of microbial biomass and its activity in the nests of L. niger ants and the surrounding urban soils during the growing season. In this work, methods of luminescent microscopy were used to estimate the total number of microorganisms and the dynamics of its changes during the growing season, as well as the method of multisubstrate testing to determine the functional diversity of microbial communities and methods of mathematical statistics. In the studied urban soils, there was a significant decrease in the proportion of fungal and an increase in the proportion of bacterial components in microbial biomass compared to zonal soils. The predominance of fungal cells (spores and yeast cells) was recorded in the fungal biomass, while their maximum number and minimum biomass of fungal mycelium were noted at the end of the growing season. The effect of L. niger ants on the composition of microbial biomass in the soil was manifested in an increase in the length of the fungal mycelium and bacterial biomass reserves compared with the control. The influence of anthropogenic stress on the structure of microbial biomass in anthills is more pronounced than in control soils. The nesting activity of ants had a significant impact on the functional parameters of microbial communities formed in the soil. The material of the anthills showed a change in the spectrum of organic substrates consumed by the microbial complex and the rate of their consumption compared to the control soils. It was found that microbial communities less climactic than in the soil form in anthills in areas with the lowest anthropogenic load, which may be due to a more intense foraging activity of insects in these areas. It should be noted that the stability index (d) of microbial complexes in anthills showed less variability during the growing season than in the same indicator in soils.

References

1. Голиченков М.В., Новоселов А.Л., Марфенина О.Е.и др. Микробиологическая характеристика муравейников Lasius niger // Известия РАН. Сер. биологическая. 2011. № 3. С. 334–339. 2. Дымова А.А., Умарова М.М., Костина Н.В.и др. Функциональное разнообразие бактериальных сообществ, ассоциированных с муравьями // Известия РАН. Сер.биологическая. 2016. № 5. С. 459–467.https://doi.org/10.7868/S0002332916050027 3. Зрянин В.А. Влияние муравьев рода Lasius на почвы луговых биогеоценозов // Успехи современной биологии. 2003. Т. 123, № 3. С. 278–288. 4. Кожевин П.А. Микробные популяции в природе. М., 1989. 175 с. 5. Коноров Е.А. Поиск следов естественного отбора между популяциями черного садового муравья Lasiusniger из урбанизированных и природных биотопов // Генетика. 2018. Т. 54, № 2. С. 224–232.Konorov E.A. Genomic Signatures of Selection between Urban and Rural Populations of Black Garden Ant Lasius niger // Russian Journal of Genetics. 2018. T. 54. P. 218–225. https://doi.org/10.1134/S1022795418020102 6. Котова Д.Л. Методы контроля качества почвы: учебно-методическое пособие для вузов // Под ред. Д.Л. Котовой Т.А. Девятовой, Т.А. Крысановой, Н.К. Бабенко, В.А. Крысанова. Воронеж, 2007. С. 84–85. 7. Котова А.А., Голиченков М.В., Умаров М.М. и др. Микробиологическая активность в муравейниках залежных земель (Рязанская область) // Вестн. Моск.ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2013. № 2. С. 31–34. 8. Марфенина О.Е., Кулько А.Б., Иванова М.В.др.Микроскопические грибы во внешней среде города // Микология и фитопатология. 2002. Т. 36, № 4. С. 22–32. 9. Методика выполнения измерений интенсивности потребления тест-субстратов микробными сообществами почв и почвоподобных объектов фотометрическим методом: ФР.1.37.2010.08619; ПНД ФТ 16.1.17-10. М., 2010. 10. Методы почвенной микробиологии и биохимии // Под ред. Д.Г. Звягинцева. М., 1991. 304 с. 11. Николаева В.В., Иванова А.Е. Почвенные целлюлозолитические грибные сообщества при точечной застройке городских территорий (на примере Москвы) // Проблемы агрохимии и экологии. 2015. № 2. С. 45–50. 12. Олейник Е.А. Сравнение содержания гумуса по И.В. Тюрину в модификации ЦИНАО с методом Б.А. Никитина с колориметрическим окончанием по Орлову – Гриндель // Современные проблемы агрохимии, агропочвоведения и агроэкологии / Под ред. А.А. Завалина. М., 2023. С. 126–129. 13. Полянская Л.М., Юмаков Д.Д., Тюгай З.Н. и др. Соотношение грибов и бактерий в темногумусовой лесной почве // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1094–1099. https://doi.org/10.31857/S0032180X20090129 14. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И. Городские почвы: диагностика и классификационное определение по материалам научной экскурсии конференции SUITMA–9 по Москве // Почвоведение. 2018. № 9. С. 1057–1070. https://doi.org/10.1134/S0032180X18090095 15. Розанова М.С., Прокофьева Т.В., Лысак Л.В. и др. Органическое вещество почв Ботанического сада МГУ им. М.В. Ломоносова на Ленинских горах // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1079–1092. https://doi.org/10.7868/S0032180X16090124 16. Синцов А.В., Бармин А.Н. Современная классификация почвенного покрова городских территорий // Геология, география и глобальная энергия. 2011. Т. 3, № 42. С. 149–155. 17. Синчук О.В. Некоторые аспекты экологии черного муравья Lasiusniger// Итоги полевого сезона 2010: I регион. науч. зоолог. конф., посвящ. междунар. году биоразнообразия (Брест, 11 дек. 2010): материалы. Брест, 2011. С. 58–61. 18. Степанов А.Л. Микробное образование и поглощение парниковых газов в почвах. М., 2010. 225 с. 19. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кулачкова С.А. и др. Микробиологические показатели агродерново-подзолистых почв разной гумусированности при внесении тяжелых металлов и углеродсодержащих препаратов // Почвоведение. 2021. № 3. С. 372–384.https://doi.org/10.31857/S0032180X21030151 20. ХрусталеваН.А.МуравьиродаLasius fabricius, 1804 (Insecta: Hymenoptera: Formicidae: Formicinae) как объекты медицинской дезинсекции. Особенности биологии черных садовых (L. niger Linnaeus, 1758) и бледноногих садовых муравьев (L. alienus Forster, 1850) // Пест–Менеджмент. 2008. Т. 4, № 68.С. 36–41. 21. Эмер Н.Р., Костина Н.В., Нетрусов А.И. и др. Анализ состояния почвенного микробного сообщества при длительной антропогенной нагрузке // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2019. № 4. С. 56–62. 22. Poyat R. Soils within Cities: Global approaches to their sustainable management – composition, properties, and functions of soils of the urban environment // Soil Science. 2018. Vol. 183, №1. P. 41–42. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000223