ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 9, с. 1068-1076
БИОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 631.445.8:631.46(470.631)
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-КАРБОНАТНЫХ ПОЧВ И КУЛЬТУРНЫХ СЛОЕВ АЛАНСКИХ ПОСЕЛЕНИЙ КИСЛОВОДСКОЙ КОТЛОВИНЫ* © 2014 г. Е. В. Чернышева1, Н. Н. Каширская1, Д. С. Коробов2, А. В. Борисов1
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2 e-mail: chernysheva1988@gmail.com 2Институт археологии РАН, 117036, Москва, ул. Дм. Ульянова, 19 e-mail: dkorobov@mail.ru Поступила в редакцию 04.02.2014 г.
Проведены микробиологические исследования культурных слоев поселения аланской культуры Подкумское-2 (II—IV вв. н. э.) и современных дерново-карбонатных почв вблизи поселения, имеющих различное хозяйственное использование. Показано, что наиболее значительные изменения исходных характеристик почвенного микробного сообщества произошли при селитебном воздействии на почвы, которое имело место свыше 1500 лет назад (л. н.), и эти изменения сохранились до настоящего времени. На всех участках, испытавших антропогенную нагрузку, суммарная микробная биомасса (СМБ) была меньше, чем в фоновой почве, где она составила 3720 мкг С/г почвы (средневзвешенная величина по профилю). Минимальные значения СМБ были выявлены в почве выпаса, где они были в 2.5 раза меньше, чем в фоновой почве. Уреазная активность культурного слоя поселения была больше, чем в почвах его окрестностей. Повышенные значения целлюлазной активности также были отмечены только в культурных слоях. Современная распашка привела к значительному уменьшению биомассы мицелия микроскопических грибов. В почве залежного участка средневзвешенное значение биомассы грибных гиф по профилю было в два раза меньше, чем в фоновой почве и культурных слоях поселения. Пастбищная нагрузка в первую очередь влияет на величину активной микробной биомассы и в меньшей степени — на содержание микроскопических грибов.
Ключевые слова: микробная биомасса, ферментативная активность, культурные слои, Северный Кавказ, Средние века.
Б01: 10.7868/80032180X14090020
ВВЕДЕНИЕ
Применение методов почвоведения в изучении археологических памятников древности и средневековья позволило существенно обогатить наши представления о функционировании почв в условиях изменяющейся климатической ситуации и антропогенной деятельности во второй половине голоцена [2, 4, 9]. Достаточно хорошо исследованы микробиологические свойства целинных палеопочв [5, 6, 7, 12, 13, 25, 26]. Также подробно исследованы антропогенные трансформации почвенных микробных сообществ, вызванные влиянием распашки территории, выпаса скота, селитебным прессингом [8, 15, 16, 21, 22,
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 12-06-00072, 12-06-00272 и 14-06-00200).
23, 24]. Настоящая работа является продолжением исследований в этом направлении.
Известно, что хозяйственная и бытовая деятельность человека приводит к существенному изменению свойств почв. После снятия антропогенной нагрузки в ходе дальнейших эволюционных преобразований в почвах происходит стирание признаков антропогенного этапа эволюции. Однако свидетельства древнего антропогенного воздействия на почвы могут сохраниться на уровне почвенной микробиоты и ферментативной активности, как наиболее чувствительных компонентов. Следует отметить, что эти вопросы недостаточно освещены в литературе. Известен ряд работ Марфениной с соавт., в которых были показаны существенные изменения почвенной мико-биоты в культурных слоях древних поселений [10, 17, 18]. При изучении ферментативной ак-
Рис. 1. Расположение объектов исследования: А — почвенные разрезы, Б — почвенные шурфы.
тивности было показано, что в почве древней земледельческой террасы (около 1500 л. н.) сохранился высокий уровень фосфатазной и амидаз-ной активности, превышающий современный фоновый [29]. Ранее нами была обоснована возможность использования показателя уреазной активности культурного слоя для установления инфраструктуры древних поселений [3].
Целью данной работы являлось сравнительное изучение различных показателей микробных сообществ и ферментативной активности и особенностей их профильных изменений в почвах на территории раннесредневекового поселения, а также в современных почвах с различным характером использования.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объекты исследования расположены в пределах Кисловодской котловины в центральной части северного склона Главного Кавказского хребта. Территорию котловины с севера ограничивает Боргустанский хребет (высота до 2000 м), с восто-
ка — Джинальский хребет (высота 1541 м), сложенные мелоподобными известняками поздне-мелового периода и представляющие собой отроги Пастбищного хребта Большого Кавказа. С юга и юго-востока территория котловины ограничена куэстами Скалистого хребта — Кабардинским хребтом с максимальной высотой до 1526 м, и Бермамытским плато, сложенными известкови-стыми песчаниками раннего мела [20].
Климат региона умеренно-континентальный. Количество осадков составляет около 600 мм, среднегодовая температура около +8°С. Сумма температур выше 10°С составляет 2400—2600° [1].
Почвенный покров представлен мало- и сред-немощными дерново-карбонатными выщелоченными и типичными почвами на элювии известняков нижнего мела.
Исследования проводили на территории укрепленного поселения аланской культуры Подкумское-2 (II—IV вв. н. э.) и на прилегающих участках (рис. 1).
Поселение занимает мысовую площадку общими размерами 140 х 165 м, расположенную на первой террасе левого берега р. Подкумок в 650 м к северо-западу от северо-западной окраины поселка Конзавод (Красный Курган) Малокарачаевского р-на Карачаево-Черкессии.
Площадка поселения неровная, она покрыта остатками строений, которые прослеживаются на поверхности в виде ряда западин, отдельных задернованных возвышенностей от развалов построек из речной гальки, и соединяющих их стен, также сложенных из речной гальки. При этом примерно 1/3 площадки с юго-запада не имеет на поверхности видимых сооружений.
Образцы культурного слоя на поселении отбирали из разр. Б-338 и Б-341 во время работы Кис-ловодской археологической экспедиции ИА РАН (руководитель раскопок к. и. н. Д.С. Коробов). Также был заложен один разрез на территории залежи (более 30 лет залежного состояния), и один — на пастбищном участке (Б-339 и Б-340 соответственно). В качестве фоновой территории с минимальным антропогенным влиянием был выбран участок, ограниченный со всех сторон глубокими балками с крутыми склонами, благодаря чему данная территория испытывает минимальный антропогенный прессинг (разр. Б-342).
Разр. Б-338 был заложен в центральной части поселения у развала стены постройки (первая зона освоения территории). Культурный слой представлен бесструктурным карбонатным легким суглинком с включением крупных камней развала постройки. Мощность почвенного слоя до 40 см. Разр. Б-341 расположен в юго-западной части памятника. На этом участке не видны контуры развалов построек, что указывает на иной характер использования территории. Культурный слой достигает глубины 90 см; насыщен керамикой и костями (вторая зона освоения). Кроме того, в первой зоне освоения территории была заложена серия шурфов, расположенных во внутренних частях построек, которые в настоящий момент сильно задернованы; их средняя площадь составляла 10 х 10 м2.
Морфологические и некоторые физико-химические параметры исследованных почв фонового, выпасного и залежного участков, а также культурных слоев поселения существенно не различались. Все изученные почвы и культурные слои характеризовались легкосуглинистым гранулометрическим составом, слабощелочной реакцией среды, содержание С орг в верхнем горизонте/слое варьировало в пределах от 4.7 до 5.6%.
Отбор образцов почв на микробиологические анализы проводили с соблюдением условий стерильности по генетическим горизонтам или по слоям через каждые 10 или 20 см.
Содержание активной микробной биомассы рассчитывали по скорости субстрат-индуциро-ванного дыхания после обогащения почвы глюкозой с использованием коэффициента пересчета 40.04 [27].
Величину биомассы грибного мицелия рассчитывали по длине гиф, принимая средний диаметр гиф равным 4 мкм. Длину грибного мицелия определяли прямым подсчетом на мембранных фильтрах по методу Хансена в модификации Демкиной и Мирчинк [19].
Для определения численности микробных клеток использовали метод прямой люминесцентной микроскопии с окрашиванием красителем DAPI, который окрашивает как живые, так и мертвые клетки. С использованием показателя численности клеток, а также пересчетной величины 2 х 10-14 г сухого веса на микробную клетку объемом 0.1 мкм3 [14, 20], была рассчитана суммарная микробная биомасса.
При расчете микробной биомассы содержание углерода и воды в клетках микроорганизмов принимали равными 40 и 80% соответственно [28]. Уреазную активность определяли модифицированным индофенольным методом [26]. Целлю-лазную активность почв определяли аппликационным методом [19], который был нами модифицирован. Для этого в чашки Петри помещали слой почвы, увлажненный до 60% от полной вла-гоемкости, поверх которого помещали стерильную капроновую сетку с ячейками 3 х 3 мм. На сетку укладывали диск из грубой стерильной льняной ткани, которая также перекрывалась сеткой. Сверху насыпали еще один слой почвы. Чашки помещали в термостат при температуре 30°С. После 30 дней инкубации образцы ткани извлекали из чашек, тщательно промывали, помещали в сушильный шкаф и высушивали при температуре 105°С до постоянного веса. Целлю-лазную активность выражали в процентах и рассчитывали по изменению массы образцов ткани от исходной после инкубации.
Определение всех вышеперечисленных показателей проводили только в почвах на выпасном, залежном и фоновом участках, а также в культурных слоях первой и второй зон освоения (разр. Б-338 и Б-341 соответственно). В культурных слоях, отобранных из шурфов, проводили определение только содержания активной микробной биомассы и уреазной активности.
Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Graphpad Prism 6.
РЕЗУЛЬТАТЫ
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.