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.