научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАРОПАХОТНЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ СОСНЯКОВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА (СРЕДНЕЕ ПРИАНГАРЬЕ) Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАРОПАХОТНЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ СОСНЯКОВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА (СРЕДНЕЕ ПРИАНГАРЬЕ)»

УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2008, том 128, № 2, с. 171-179

УДК 631.461

ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАРОПАХОТНЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ СОСНЯКОВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА (СРЕДНЕЕ ПРИАНГАРЬЕ)

© 2008 г. Н. Д. Сорокин1, О. А. Сорокина2

1 Институт леса им. ВН. Сукачева СО РАН, Красноярск 2 Красноярский аграрный университет

Изучено влияние сосновых насаждений разного возраста (25, 55, 85 лет) на биологические свойства старопахотных почв Среднего Приангарья. Установлено, что в возрастном ряду при переходе от залежи к сосняку 25 и 55 лет почвенный микробоценоз приобретает "лесные" признаки, что выражается в увеличении доли микромицетов. Показано, что сохранение реликтовых свойств пашни отражается в разнообразии видового состава актиномицетов. Сделан вывод, что через 30 лет лесные признаки усиливаются еще больше; при этом уменьшается активность процессов аммонификации, нитрификации и эмиссии углекислоты. Установлено, что по биологическим показателям наиболее пригодными для сельскохозяйственного использования являются почвы 55-летних сосновых насаждений.

Исследование влияния леса на почву - это классическая проблема, имеющая фундаментальное и прикладное значение. Обзор научных работ по вопросу взаимодействия и взаимоотношений в системе "лес-почва" показывает, что даже незначительное по продолжительности воздействие лесной растительности на почву приводит к изменению ряда ее свойств и признаков [2, 3, 7-11].

Основу во взаимодействии леса с почвами составляет постоянный обмен веществ и энергии между ними. Он обусловлен сезонностью процессов образования органического вещества, потреблением растениями зольных элементов из почвы и возвращением ими большей части последних вместе с отмирающими частями органической массы.

Общие выводы по взаимоотношению в системе "лес-почва" можно сформулировать в виде следующих положений. Представление о лесе как факторе оподзоливающем во всех случаях считается устаревшим.

Основа сложного преобразующего воздействия леса на почву заключается в определенном влиянии на почвенную фауну и микрофлору, на режимы, характер почвенных растворов и состав органического вещества через надземный и корневой опад, подстилку и т.д. Это воздействие может быть как почвоулучшающим, так и почво-ухудшающим (по отношению к ее плодородию), в зависимости от состава насаждений и от свойств почв с учетом местных особенностей и географических закономерностей.

Имеющиеся в Братском районе Иркутской области участки сосняков, сформировавшихся в процессе естественного возобновления на старо-

пахотных почвах, в разное время вышедших из-под сельскохозяйственного пользования и образовавших таким образом возрастной ряд древо-стоев, дают возможность выявить, как во времени изменяются показатели почвообразовательного процесса, чем эти изменения обусловлены и как скоро они проявляются.

Одним из наиболее чувствительных и динамичных показателей процесса почвообразования в меняющихся условиях среды является биологическая активность почвы, которая в значительной степени определяется структурой, динамикой и функциональной деятельностью микробных комплексов.

Цель работы - исследование биологического состояния бывших старопахотных почв, в процессе их трансформации во времени под воздействием разновозрастных сосновых типов леса.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Все участки расположены на очень выровненной водораздельной территории реки Ия (ушедшей под затопление Братской ГЭС), в идентичных почвенных и геоморфологических условиях. Объекты находятся на близком расстоянии друг от друга, а некоторые граничат между собой. Образовавшиеся возрастные ряды экосистем дали хорошую методическую основу и явились адекватными природными моделями для изучения направленности, характера и скорости почвообразования под влиянием леса в период 1970-1974-х и 2003-2006-х годов с общим интервалом 30 лет.

В качестве объектов исследования был подобран следующий возрастной ряд сосновых древо-стоев, поселившихся на старопахотных серых

лесных почвах: зарастающая сосновым молодняком пырейно-кострецовая залежь (5-8 лет), мерт-вопокровный сосняк в стадии жердняка (25 лет), разнотравный средневозрастной сосняк (55 лет) .

Почвы под лесом на бывших пашнях относятся к типу серых оподзоленных тяжелосуглинистых длительносезонномерзлотных, развитых на карбонатных лессовидных суглинках, подстилаемых пестроцветной толщей продуктов выветривания коренных пород ордовика и кембрия.

ПП 76 (ПП - пробная площадь). Сосняк мерт-вопокровный, древостой II класса бонитета, возраст 25 лет, полнота 1.2, состав: 10 С ед. Л.Б., подроста и подлеска нет. Имеется большое количество затвердевших земляных холмиков - следов деятельности землероев. Травяной покров представлен единичными растениями семейства розоцветных.

ПП 75. Сосняк разнотравный, древостой I класса бонитета, возраст 55 лет, полнота 0.76, состав: 10 С. Подроста нет. Подлесок сомкнутостью менее 0.1, состоит из шиповника и березы бородавчатой. Травяной покров равномерного покрытия, очень богатый, состоит из представителей лесного, борового и лесостепного разнотравья (ветреница мохнатая, вейник лесной, скер-да сибирская, клубника, герань ложносибирская, борщевик, ястребинка зонтичная, костяника, медуница мягчайшая, вика однопарная, иван-чай, клевер люпинолистный и др.).

ПП 74. Залежь - пырейно-кострецовая, зарастающая сосновым молодняком в возрасте 5-8 лет.

В 2003-2006 гг. на этих же объектах проведены повторные исследования.

В результате естественной сукцесий сосновые древостои прошли такие же стадии и образовали аналогичный возрастной ряд: сосняк мертвопо-кровный в стадии жердняка 25-летнего возраста (бывшая залежь, ПП 73 ); сосняк разнотравный средневозрастный 55 лет (бывший сосняк, 25 лет, Пп 76); сосняк зеленомошно-разнотравный приспевающий в возрасте 85 лет (бывший сосняк, 55 лет, ПП 75). Краткая таксационная характеристика и описание пробных площадей приведено ниже.

Сосняк мертвопокровный (бывшая залежь), возраст 25 лет, древостой II класса бонитета, полнота 1.3, состав 10 С ед. Б. Подростка и подлеска нет. Поверхность почвы покрыта довольно большим количеством земляных холмиков. Травяной покров отсутствует, единичные экземпляры клубники.

Сосняк разнотравный (бывший сосняк 25 лет, ПП 76), возраст 55 лет, древостой I класса бонитета, полнота 0.85, состав 10 С ед.Б. Подроста нет. Подлесок сомкнутостью < 0.11, состоит из березы бородавчатой, шиповника и спиреи. Тра-

вяной покров хорошо выражен, богатый, состоит из представителей борового, лесного и лесостепного разнотравья. Проективное покрытие 90%, равномерное.

Сосняк зеленомошно-разнотравный (бывший сосняк 55 лет, ПП 75). Возраст 85 лет, древостой I класса бонитета, полнота 0.9, состав 10 С. ед. Б, Л. Подроста нет. Подлесок как ярус не выражен. Кустарничковый ярус пятнистый. Напочвенный травяной покров разнообразный, состоит из хорошо выраженного лесного и борового разнотравья, синузии мхов Шребера, птипиума и дикранума.

Образцы почв для микробиологического анализа отбирали стерильно в течение вегетационных периодов 1973 и 2003 гг. (июнь-сентябрь месяцы) по генетическим горизонтам или по слоям через каждые 10 см на глубину биологически активного профиля почвы. Для учета таксономических и эколого-трофических групп микроорганизмов (ЭКТГМ) использовали стандартные питательные среды: бактерии, мобилизующие органические источники азота, учитывали на мясо-пептонном агаре (МПА), актиномицеты и бактерии, утилизирующие минеральные источники азота определяли на крахмало-аммиачном агаре (КАА), мик-ромицеты - на сусло-агаре (СА), олиготрофные формы - на почвенном агаре (ПА), олигонитро-филы - на среде Эшби, Clostridium pasteurianum -на среде Виноградского, целлюлозоразрушаю-щие микроорганизмы - на среде Гетченсона для аэробов. Идентификацию видового состава доминирующих микроорганизмов проводили по определителям и руководствам [2, 6, 13, 14].

Нитрификационную и аммонификационную способность почв исследовали по методике [1]. Целлюлозоразрушающую активность изучали по методу [2].

Биомассу микроорганизмов и активность эмиссии СО2 определяли по углероду методом газовой хроматографии на хроматографе "Хром-4" и полевым методом [7]. Полевой метод определения СО2 состоял в том, что конические колбы экспонировали в течение часа на поверхности выравненного генетического горизонта почвенного профиля или подстилки, затыкали плотно резиновыми пробками, а затем в лабораторных условиях титрованием определяли количество СО2. В другом случае эмиссию СО2 и биомассу микроорганизмов почвы определяли методом пересчета скорости субстрат-индуцированного дыхания (СИД) по формуле (13):

-•микр.

. (мкг г 1 почвы) =

= (мклС02 г-1 почвы ч-1) х 40.04 + 0.37.

Данные обрабатывались при помощи Microsoft Excel 97 и Statistica 5.0.

ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАРОПАХОТНЫХ ПОЧВ Таблица 1. Микробиологическая характеристика почв в сосняках разного возраста (1973 г.)

Горизонт (глубина, см) М ± т, КОЕ тыс/г почвы КАА/МПА Эшби/МПА От суммарного, %

бактерии грибы актиномицеты

Сосняк, 55 лет

А1(3-14) 6600 ± 590 1.6 1.2 87.3 9.4 3.3

А2В(25-35) 1800 ± 175 3.5 2.1 83.6 8.0 8.4

В(45-55) 2100±190 2.0 1.1 89.0 14.3 5.7

Сосняк, 25 лет

А1(3-12) 5100±470 1.1 1.2 89.8 2.4 7.8

А2В(13-25) 2450±130 1.9 0.8 87.4 6.5 6.1

В(40-50) 948 ± 98 0.7 0.7 92.1 0.7 7.2

Залежь

А1(0-20) 8340 ± 740 1.0 1.2 88.1 1.8 10.1

А2В(25-35) 6200±510 0.7 0.7 84.1 4.4 11.1

В(45-55) 1400±135 0.6 0.5 86.4 7.5 6.1

Примечание: М ± т - суммарное число микроорганизмов, КОЕ - колониеобразующие единицы. Остальные обозначения см. выше.

Таблица 2. Количественный состав эколого-трофических групп микроорганизмов (ЭКТГМ), тыс. КОЕ/г абс. сух. почвы, 1973 г. (среднесезонные данные)

Горизонты Бактерии Бактерии Грибы Clostridium pasteur-ianum, титр Олигонитро- филы на среде Эшби Споровые

(глубина, см) на МПА на КАА на СА бактерии

Целлюлозораз-

рушающие микроорганизмы

ПП 75, сосняк разнотравный , 55 лет, серая лесная оподзоленная почва

А1(3-14) 5761+587 9100(217) 320 + 37 104- -105 6300 + 640 430 + 51 540 + 6

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.

Показать целиком