ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2014, № 4, с. 67-75
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*221.01: 630*114.68
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ВЫРУБОК ТЕМНОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ НА ЮГЕ ЕНИСЕЙСКОГО КРЯЖА
© 2014 г. А. В. Богородская, А. С. Шишикин
Институт леса им. В.Н.Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50/28 E-mail: anbog@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 13.06.2012 г.
Приводятся результаты микробиологической оценки состояния почв разновозрастных сплошноле-сосечных вырубок южнотаежных темнохвойных лесов Енисейского кряжа. Нарушение микробиологических процессов мобилизации углерода и азота, потеря почвенного органического вещества в виде эмиссии СО2 наблюдается только в почве свежих одно- и двухлетних вырубок. С увеличением возраста вырубки и по мере смыкания древесного полога происходят развитие гетеротрофного комплекса микроорганизмов и стабилизация процессов иммобилизации/минерализации органического вещества почвы.
Разновозрастные вырубки, эколого-трофические группы микроорганизмов, микробная биомасса, базальное дыхание, микробный метаболический коэффициент.
Сплошная вырубка древостоев резко изменяет экологическую обстановку, а также интенсивность и формы биологического круговорота веществ в компонентах лесного биогеоценоза, запуская лесообразовательный процесс вторичных сукцессий лесов [5, 7, 16, 21, 28]. Доминирующее положение на вырубках занимают сообщества открытых биотопов, представители которых обычно находятся в угнетенном состоянии под пологом древостоя. Сукцессионная динамика темнохвойных насаждений - наиболее сложный процесс стадийного формирования функциональных связей компонентов биогеоценоза, поскольку он, как правило, происходит со сменой пород, и полный цикл развития может занимать сотни лет. Соответственно, помимо экзогенных факторов формирования насаждений на лесообразовательный процесс, действуют внешние климатические изменения. Вырубки нарушают естественный ход развития, создавая условия, которые не всегда имеют природный аналог. Особенно это касается территорий, где нет предпосылок для возникновения пожаров и вспышек массового размножения вредителей. Изучение реакции отдельных компонентов биогеоценоза и функциональных связей между ними в условиях стрессового антропогенного воздей-
ствия имеет большое теоретическое значение и позволяет оптимизировать лесохозяйственные мероприятия.
Влияние сплошной рубки леса на почвы сводится к механическому нарушению напочвенного покрова, подстилки и верхних горизонтов почв, их уплотнению лесозаготовительной техникой, резкому увеличению запасов и изменению химического состава растительного опада в результате образования порубочных остатков, трансформации режимов света, тепла, влаги и связанной с этим активности функционирования почвенных микробных комплексов [5, 10, 15-17, 20, 21, 23, 26-28].
В процессе лесозаготовки нарушаются верхние горизонты почв. Почвообразовательные процессы наиболее интенсивно изменяются в первые несколько лет после проведения рубки. Отмечено, что эволюция почвенных свойств зависит от степени повреждения почвы, направления сукцессии, скорости восстановления лесного биоценоза [7, 10, 15, 20].
В настоящее время при оценке состояния почвенного покрова перспективной считается система биологического мониторинга почв, основанная на комплексе микробиологических
67
5*
Таблица 1. Основные характеристики постоянных пробных площадей
Номер пробной площади Возраст, лет Состояние растительности Проективное покрытие травяно-кустарничко-вого яруса (мхов), % Состав естественного возобновления Средняя высота, м
1 2 Вырубка разнотравно-злаковая 50
2 4 Вырубка кипрейно-вейниково малинни-ковая 90 10Б 0.6
3 10 Березняк кипрейно- 70 10Б+ОсЕПс 2.5
4 28 разнотравный Березняк травяно-вей- 60 6Б3П1Пс 4.0
5 28 никово-кустарниковый Пихтарник мелкотрав-но-зеленомошный 50 (70) 7П3Б+Пс 5.0
Контрольный 150 Пихтарник мелкотрав- 60 (90) 10П+ПОсБ 20.0
участок но-зеленомошный
Примечание. Б - береза повислая; Ос - осина; Е - ель сибирская; П - пихта сибирская; Пс - пихта сибирская, сохраненный подрост.
исследований, которые дают возможность выявить направления в изменениях биологической активности даже при незначительных изменениях физико-химических свойств педобионтной среды. Микробное сообщество почв в силу своей высокой чувствительности, реактивности и наличия специализированных экологических групп позволяет быстро регистрировать изменения и особенности среды, являясь, таким образом, эффективным биоиндикатором происходящих в почве процессов [14, 17].
Цель исследования заключалась в микробиологической оценке состояния почв сплошнолесо-сечных вырубок в южнотаежных темнохвойных лесах Енисейского кряжа, находящихся на разных стадиях лесовосстановления.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования разновозрастных сплошнолесо-сечных вырубок проводились в Приенисейской провинции Приангарского понижения Енисейского кряжа (58°27' с. ш. 93°16' в.д.) [9]. Среднегодовая температура воздуха на исследуемой территории изменяется в пределах от минус 2.6 до 0.9 °С, средняя температура января - от минус 23.0 до минус 17.0 °С, в июле - от 16.1 до 19.9 °С [19]. Среднегодовое количество осадков достигает 640 мм, около 70% из них выпадает летом [18].
В Приангарской части Енисейского кряжа преобладают темнохвойные леса, в основном представленные пихтовыми насаждениями с фрагментами перестойных кедровников. Древо-стои, как правило, разновозрастные, Ш-1У клас-
сов бонитета, большое распространение имеют сердцевинные гнили, сухостой и захламленность. По породному и возрастному составу древостоя наблюдается окончание стадии распада верхнего полога сосны сибирской (Pinus sibirica) и формирование насаждений пихты сибирской (Abies si-birica).
Оценка микробиологического состояния почв на вырубках проводилась в течение 4 лет (20082011 гг.) на постоянных пробных площадях (пр. пл.) (0.5 га) в процессе выполнения комплексных (гидрологические, почвенные, ботанические, лесоводственные, зоологические) исследований. В гидрологической работе Т.А. Бурениной и др. (2013) приведены сведения об объектах исследований, расположенных на главном водоразделе Енисейского кряжа, относящихся к третьему участку орографического профиля [6].
Вырубки подбирались для двух сукцессионных серий: с сохранением темнохвойного подроста и без сохранения - с лиственным возобновлением и последующей сменой пород. Возрастной ряд вырубок включал свежие лесосеки одно-и двухлетнего возраста, травянистую стадию (4 года), лиственный молодняк (10 лет) и жердняки (28 лет). Для сравнения сукцессионных процессов на вырубках с фоновым состоянием насаждений подобран пихтарник мелкотравно-зеленомошный (табл. 1). Пробные площади располагались в пределах однородных насаждений, относящихся к одной формации, классу возраста и группе типов леса. Рубка проводилась по одной технологии: сплошная, зимняя с размером лесосек 150-200 га.
Изучаемые насаждения формируются на дерново-подзолистых тяжело суглинистых почвах. Почвообразующие породы представлены желто-бурыми, коричнево-бурыми глинами и тяжелыми суглинками. Классификационная принадлежность почв определялась по [8]. Основные свойства почв вырубок на постоянных участках наблюдений проанализированы ранее [22]. Приведенные в данной публикации оценки содержания углерода гумуса (по Тюрину), валового азота (по Гинс-бургу), актуальной и обменной кислотности, концентрации аммонийных форм азота (с реактивом Неслера) получены О. В. Трефиловой с использованием общепринятых методик [2].
Образцы почв для микробиологических исследований отбирались послойно в конце вегетационного периода (конец августа) из почвенных прикопок глубиной до 50 см [12]. Отбор почвенных образцов сопровождался определением влажности почвы на момент их отбора взятия (общепринятым методом) и температуры почвенных горизонтов (портативным термометром "Checktemp").
Общую численность и структуру эколого-трофических групп микроорганизмов (ЭКТГМ) изучали с использованием диагностических сред [11]: мясо-пептонный агар (МПА) - для учета аммонификаторов; подкисленный сусло-агар -для микромицетов; крахмало-аммиачный агар (КАА) - для прототрофов, использующих минеральные соединения азота и актиномицетов; почвенный голодный агар - для олиготрофов; среду Эшби - для олигонитрофилов.
Коэффициент микробиологической минерализации рассчитывали как соотношение численности КОЕ, выросших на КАА и МПА (КАА/МПА) [13].
Содержание углерода микробной биомассы (Смик) определялось методом субстрат-индуциро-ванного дыхания (СИД) [1, 24]. В стеклянные флаконы объемом 250 мл помещали 2 г свежей почвы, просеянной через сито с размером ячеек 3 мм, или подстилки с отобранными крупными включениями, добавляли 0.2-0.4 мл глюкозо-минеральной смеси (ГМС, мг/мл: глюкоза - 200; К2НРО4 - 20; (NH4)2SO4 - 20), увлажняли при необходимости до 60 % от полной влагоемкости, герметично закрывали резиновыми пробками и инкубировали при 22 °С в течение 3-4 ч, что соответствует лаг-периоду роста микробной популяции [1]. Концентрацию выделяющегося почвой СО2 определяли с помощью газового хроматографа Agilent 6890N, снабженного метанатором и пламенно-ионизационным детектором (Hewlet-Packard,
США). Углерод микробной биомассы определяли путем пересчета скорости СИД по формуле [24]: Смик (мкг г-1 почвы) = (мкл СО2 г-1 почвы ч-1) х 40.04 + 0.37. Базальное (фоновое) дыхание (БД) почвы измеряли по скорости выделения СО2 почвой за 24 ч ее инкубации при 25 °С [1]. Определение СО2 проводили хроматографически, как описано для определения СИД, только вместо раствора ГМС вносили воду. Интенсивность ба-зального дыхания выражали в мкг С-СО2 г-1 ч-1. Результаты измерений Смик и БД пересчитывали на 1 г абсолютно сухой почвы.
Микробный метаболический коэффициент ^СО2) рассчитывался как отношение скорости базального дыхания к микробной биомассе БД/СМИК = яШ2 (мкг С-СО2 мг-1Смик ч-1) [25].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Верхние органо-минеральные горизонты дерново-подзолистой почвы пихтарника мелкотрав-но-зеленомошного (контрольный участок) характеризуются кислой реакцией среды (рНводн. = = 5.2-4.8
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.