ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 8, с. 974-983
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.46
БАЗАЛЬНОЕ ДЫХАНИЕ И СОСТАВ МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ ЦЕЛИННЫХ, АГРО- И ЛЕСОМЕЛИОРИРОВАННЫХ ПОЛУПУСТЫННЫХ ПОЧВ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ*
© 2015 г. В. Е. Приходько1, М. Л. Сиземская2
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Московская обл., Пущино, ул. Институтская, 2 е-mail: valprikhdko@rambler.ru 2Институт лесоведения РАН, 143030, Московская обл., Одинцовский р-н, с. Успенское, ул. Советская, 2
е-mail: sizem@mail.ru Поступила в редакцию 23.10.2014 г.
Изучены целинные, агро- и лесомелиорированные в течение 60 лет полупустынные почвы Северного Прикаспия на территории Джаныбекского стационара Института лесоведения РАН. Величины С мик и базального дыхания почв отдельного участка существенно варьировали. В слое 0—10 см скорость ба-зального дыхания составляла 0.28—2.44 мкг С—СО2/(г ч), минимальные значения характерны для пахотных почв межполосного пространства, максимальные — для лугово-каштановых почв мезопони-жений под лесонасаждением с сильным зоогенным влиянием. Содержание С мик возрастало от 415 до 1388 мкг С/г почвы в ряду: целинный солонец — агролесомелиорированные почвы — целинные лу-гово-каштановые почвы = их лесные аналоги. Отношение грибы/бактерии составило 1.3—3.0, грибной компонент почв достигал 53—85% от С мик, и его абсолютные значения увеличивались с 236 до 1040 мкг С/г в той же последовательности почв. Установлена корреляционная связь величины С орг с базальным дыханием и С орг с С мик (r = 0.89 и 0.87) и базального дыхания с С мик (r = 0.89). Доля С мик в С орг равнялась 3.2—8.6, минимальное значение отмечено для целинного солонца и лугово-каштановой почвы под лесным насаждением с сильным зоогенным влиянием. Значения дСО2 (отношение базального дыхания к С мик) составляли 0.7—2 мкг С—СО2/(г ч). При облесении почв естественных и искусственных мезопонижений по сравнению с целинными аналогами отмечена активизация микробного сообщества и процессов гумусообразования, а в лесомелиорированных солонцах и лугово-каштановых почвах микропонижений выявлены нестабильность микробиологических процессов и уменьшение содержание С орг в результате глубокой вспашки и сокращения поступления растительных остатков при поддержании незанятого пара между лесополосами.
Ключевые слова: соотношение грибы/бактерии, глинистая полупустыня, солонцы (Solonetz), луго-во-каштановые почвы (meadow-kashtanozem soil) микро- и мезопонижений, лесонасаждения.
DOI: 10.7868/S0032180X15080043
ВВЕДЕНИЕ
Исследование микробиологических свойств проводили на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, который создан в 1950 г. для разработки приемов лесомелиорации полупустынных почв Северного Прикаспия (координаты: 49°23' N 46°47' Е). Сведения о содержании микробной биомассы и соотношении грибов и бактерий важны для экологических исследований, оценки секвестирования (запасания) углерода почвами [4, 37, 40—42, 44] и продуцирования парниковых газов [11, 41, 55]. Почвенная биота (эука-риоты и прокариоты, преимущественно грибы и бактерии соответственно) осуществляют основные ферментативные процессы в почве, они запа-
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 13-04-00469.
сают энергию и элементы питания в своей биомассе [18, 40, 51]. Взаимосвязь между продуцированием СО2 и содержанием микробной биомассы, а также ее структурой во многом неясны [41, 45, 59]. Влияние различных видов мелиораций на микробиологические процессы мало исследовано [38, 45, 50, 52, 54]. В последние десятилетия накапливается информация о структуре и активности микробного компонента в лесных почвах разных растительных подзон [12, 13, 31, 36, 45, 49, 57, 59].
На Джаныбекском стационаре в разные периоды ученые исследовали изменения содержания легкорастворимых солей, карбонатов, гипса, обменных катионов, микрорельефа в мелиорированных почвах по сравнению с целинными [5, 16, 20, 24, 25, 29, 33]. Прослежены особенности роста и развития лесонасаждений и их влияние на режим и минерализацию грунтовых вод [21, 22].
Таблица 1. Характеристика объектов исследований
Почва, название участка, рельеф
Солонец солончаковый, микроповышение Солонец агролесомелиори-рованный
Лугово-каштановая, микро понижение
Лугово-каштановая агроле-сомелиорированная Лугово-каштановые почвы дуб, лесосечный колок
целина
вяз, грачиный колок
Растительность
Полупустынная чернополынно-прутня-ковая ассоциация
дуб, дендропарк
Слаборазвитая почва
Нет (черный пар)
Степная разнотравно-злаковая ассоциация Нет (черный пар)
мезопонижений
Дуб (10Д), к = 9 м, й = 16 см; в подлеске смородина и жимолость татарская Степная разнотравно-злаковая ассоциация
Вяз, дуб (9В, 1Д), к = 19 м, й = 25 см; подлесок — смородина и жимолость татарская
Дуб черешчатый (10Д), к = 15 м, й = 20 см; подлесок: клены, ирга, черемуха, груша, мертвопокровное Лох, ива, тополь (5Л, 3И, 2Т) с сорнотрав-но-влажно-луговой ассоциацией
Особенности участка Целина
18-метровое пространство между кулисами вяза, £ = 2.4 га Целина
18-метровое пространство между кулисами вяза, £ = 2.4 га
60-летний колок, мертвопокровный,
£ = 0.02 га
Целина
60-летнее массивное насаждение с колонией грачей, мертвопокровное, £ = 0.6 га
60-летнее массивное насаждение с интродукцией дождевых червей и ландышем майским, £ = 0.25 га Неиспользуемый 30 лет пруд, £ = 0.12 га
Примечание. к — высота, й — диаметр, £ — площадь.
Более чем 60-летний опыт Джаныбекского стационара показал возможность создания долговременных лесных систем, пригодных для выращивания сельскохозяйственных культур, выпаса животных, рекреационных целей [6, 7, 9, 17, 19, 22, 23, 28]. Эти исследования имеют огромное теоретическое и практическое значение как пример направленного благоприятного изменения экологических условий под влиянием контролируемого вмешательства в него человека.
Однако данные о воздействии различных видов мелиорации на микробиологические свойства почв Северного Прикаспия отсутствуют. Исследовалась только биота (посев на питательные среды и прямое микроскопирование) слаборазвитой почвы искусственного понижения (пруда), выявлена ее высокая активность, особенно в слое 0—5 см [15].
Цели исследований — оценка влияния лесоме-лиораций на изменение продуцирования парниковых газов (СО2), исследование структуры почвенной микробной биомассы (соотношения грибы/бактерии), а также поиск взаимосвязи между содержанием микробной биомассы и величиной базального дыхания.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Природные особенности Джаныбекского стационара типичны для пространств северной части Прикаспийской низменности и описаны во многих публикациях [6, 7, 20]. Их отличительными признаками являются бессточность, безводность и равнинность, комплексность почвенного
и растительного покровов, засушливость, резко континентальный климат.
Джаныбекский стационар, являясь крупномасштабным экспериментом по полупустынному защитному лесоразведению, представляет собой натурную модель лесоаграрного комплекса. Его территория включает агролесомелиоративные системы, массивные лесные насаждения, участки заповедной степи, дендрарий, которые и были объектами исследования (табл. 1). В 1950-е годы на территории стационара уровень залегания грунтовых вод составлял 6—7 м; под микроповышениями и микросклонами их минерализация достигала 5—10 г/л при хлоридно-сульфатно-натри-евом составе, в микро- и мезозападинах залегали пресные грунтовые воды (0.2—0.4 г/л) с гидро-карбонатно-кальциевым составом. В настоящее время на всей территории стационара зеркало грунтовых вод лежит на глубине 5 м, под лесонасаждениями больших падин их минерализация повысилась до 1—5.7 г/л, в зависимости от количества осадков, выпавших в зимний период, и особенностей водопотребления растений. При этом в наибольшей степени возросла концентрация токсичных ионов и С1- [26, 29].
Исследуемые целинные тяжелосуглинистые солонцы имеют высокую степень засоления и осолонцевания. Легкорастворимые соли и гипс в них концентрируются, начиная с глубины 30 см, СаСО3 — с 10 см, содержание обменного натрия в слое 30—185 см достигает 33—38% емкости кати-онного обмена. Целинные лугово-каштановые
Таблица 2. Свойства слоя 0—10 см исследуемых почв
Обменные катионы, смоль(экв)/кг Подвижные, мг/100 г
Са2+ Mg2+ Na+ K+ Р2О5 К2О
Почва, использование
рН
водный
СО2 карб,
%
Физическая глина
Солонцы микроповышений целина 7.4 1.0
агролесомелиорирован- 7.9 1.3
ный
Лугово-каштановые почвы микропонижения
целина
агролесомелиорирован-
7.4 8.2
Лугово-каштановые почвы мезопонижения
33 39
38 34
38 56
42
62
5.6 5.8
4.0 4.2
0.3 0.1
0.1 0.1
1.5 1.2
2.0 1.3
19 15
13 17
27 19
32 24
целина 6.3 1.5 28 64 5.4 0.1 2.5 13 7
вяз, грачиный колок 6.8 1.0 42 38 5.4 0.1 2 16 26
дуб, лесосечный колок 7.1 0.9 35 38 4.6 0 2.5 15 27
дуб, дендропарк 7.2 1.0 34 44 7.8 0.2 2.2 16 48
Слаборазвитая почва 7.7 4.9 44 68 2.8 0.1 1.5 5 27
ная
почвы микро- и мезопонижений незасолены, несолонцеваты, карбонаты залегают ниже 50 см.
Агролесомелиоративная система на почвах солонцового комплекса сочетает в себе проведение плантажной вспашки глубиной 40 см с посадкой древесных кулис из вяза приземистого (Ulmus pumila L.) с 18-метровыми межкулисными пространствами, что обеспечивает снегонакопление и дополнительное увлажнение почв [6]. В настоящее время здесь поддерживается незанятый пар с ежегодной пропашкой междурядий. Деревья находятся в удовлетворительном состоянии.
На этих участках по сравнению с целинным аналогом произошло улучшение свойств мелиорированных солонцов: в слое 0—65 см отмечается опреснение до 0.06%, запас легкорастворимых солей сократился в 1.5—3 раза. Уменьшилось содержание обменного натрия до 4% от емкости ка-тионного обмена, рН водной вытяжки стал слабощелочным [24, 25]. При агролесомелиоративном использовании в лугово-каштановых почвах микрозападин в течение 60 лет по сравнению с целинными аналогами основные изменения отмечаются в пахотном слое: рН увеличился с 7.4 до 8, содержание карбонатов — с 1 до 4% (табл. 2).
Эффективным приемом оптимизации природопользования
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.