ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 1, с. 56-63
БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 630x114.68:630x43
ПОСЛЕПОЖАРНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ МИКРОБНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПОЧВ ЛИСТВЕННИЧНИКОВ НИЖНЕГО ПРИАНГАРЬЯ*
© 2011 г. А. В. Богородская1, Г. А. Иванова1, П. А. Тарасов2
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/28
e-mail: anbog@ksc.krasn.ru 2Сибирский государственный технологический университет, 660049, Красноярск, пр. Мира, 82
Поступила в редакцию 21.04.2009 г.
Изучали послепожарную трансформацию функциональной активности микробоценозов и основных свойств почв смешанных лиственничников Нижнего Приангарья. Показано, что величина по-слепожарных изменений численности, биомассы и активности микроорганизмов бурозема темного оподзоленного зависит от степени прогорания подстилки и напочвенного покрова во время пожара. Наибольшему воздействию пожара подвергались микробоценозы подстилки и верхнего (0—5 см) слоя темногумусового горизонта в зонах с сильным прогоранием. Послепожарное восстановление структурно-функциональной активности микробоценозов определяется как степенью трансформации свойств почв, так и постпирогенными сукцессиями напочвенного покрова. Микробные комплексы бурозема темного оподзоленного после пожаров разной интенсивности в смешанных лиственничниках Нижнего Приангарья быстрее восстанавливают свою функциональную активность, чем микробоценозы песчаных подзолов пирогенных лишайниково-зеленомошных сосняков той же лесорастительной зоны.
ВВЕДЕНИЕ
Лесные пожары в бореальных лесах Сибири являются естественно-историческим фактором развития современных лесных сообществ и направленности процессов почвообразования [16, 17, 19, 26, 31]. Послепожарная трансформация почв изучалась многими авторами; при этом отмечалось, что в результате пожаров существенно изменяются физико-химические свойства, гранулометрический состав, водно-воздушный и гидротермический режимы почв [3, 10, 15, 22, 23, 27, 34], а также происходит изменение количества и стабильности органического вещества [29], что оказывает непосредственное влияние на биологические свойства почв.
Основное количество пожаров по числу и площади приходится на южнотаежные леса Средней Сибири [8]. Одними из наиболее подверженных пожарам являются леса Нижнего Приангарья, где до 22.6% лесопокрытой площади приходится на насаждения с участием лиственницы [13].
В последнее десятилетие активно проводятся эксперименты по моделированию поведения низовых пожаров разной интенсивности и оценке их воздействия на компоненты экосистемы [8]. При этом были изучены изменения в почвенном микробном блоке после пожаров разной интенсивности в сосновых лесах средней и южной под-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 07-0400562); КТС (проект № 3695).
зон Средней Сибири [3—5]. Показано, что скорость послепожарного восстановления активности микробных комплексов почв определяется как первоначальной силой воздействия пироген-ного фактора, так и особенностями динамики гидротермических и трофических условий почв изучаемых сосняков. Параметры функциональной активности микроорганизмов свидетельствовали о значительных и длительных (более 5 лет) нарушениях микробоценозов почв сосняков после пожаров высокой и средней интенсивности, тогда как после низкоинтенсивных пожаров эко-физиологическое состояние микробных комплексов восстанавливалось в течение 2—3 лет. Подобного рода исследований в лиственничных насаждениях ранее не проводилось.
Цель исследования заключалась в изучении послепожарной трансформации функциональной активности микробоценозов и основных свойств почв лиственничников Нижнего Приан-гарья.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Территория, где проводились исследования, относится к южной тайге, что определяет ее биоклиматические особенности и напряженность почвообразовательного процесса. По геоморфологическому районированию Нижнее Прианга-рье относится к Приангарскому понижению Енисейского кряжа.
Исследования проводились в смешанных лиственничниках Нижнего Приангарья (58°32' с.ш. и 98°57' в.д.). Лиственничник со II ярусом из тем-нохвойных пород мелкотравного-зеленомошно-го типа леса занимает среднюю часть склона северо-восточной экспозиции с уклоном до 5°. Древостой сложный по структуре и составу, разновозрастный. Состав древостоя I яруса 6Лц 3С 1П + Б, Ос; II яруса 3Е3Б2П1С1Ос + К. Верхний ярус полидоминантный, с явным доминированием Larixsibirica Ledeb. и Pinussylvestris L., возраст которых до 300 лет. В составе второго яруса преобладают Abies sibirica Ledeb., Picea obovata Ledeb., Pinus sibirica (Du) Tour., возраст которых до 60 лет. Сомкнутость крон I яруса 0.3—0.5, II — 0.7—0.9. Подрост темнохвойный, крупномерный более 3 тыс. шт./га. Подлесок как ярус не выражен, единично встречаются Salix caprea L., Rosa acicularis Lindl., Spiraea media Franz Schmidt, Lonicera tatar-ica L., Sorbus sibirica Hedl., Juniperus communis Burgsd. ива козья, шиповник, спирея, жимолость, рябина, можжевельник. Живой напочвенный покров хорошо развит. В травяно-кустарничковом ярусе доминирует таежное мелкотравье (Linnaea borealis L., Pyrola rotundifolia L., Viola uniflora L., Anemone altaica Fischer ex C.A. Meyer), виды лесного разнотравья (Lathyrus humilis (Ser.) Spreng., Rubus saxatilis L.), Carex macroura Meinsh., Vaccini-um vites-idea L. Всего около 30 видов. Общее проективное покрытие от 10 до 50%. В составе мохового покрова доминирует Pleurozium schreberi, Hy-locomium splendens, в примеси Dicranum polysetum. Общее проективное покрытие мхов 40—80%. Лишайниковый покров не развит.
С целью исследования поведения пожаров и их воздействия на компоненты экосистемы, в рамках комплексного международного проекта ("Воздействие лесных пожаров на запасы углерода и изменения в лесах Средней Сибири: количественное воздействие интенсивности и силы пожара и условий горения"), в 2006—2007 гг. в лиственничниках проведена серия пожарных экспериментов, представляющих собой контролируемые выжигания, максимально приближенные к естественным пожарам. Интенсивность горения на кромке пожара определялась исходя из теплотворной способности горючего материала, сгоревшего запаса и скорости распространения кромки огня [21]. Температура горения во время проведения экспериментов измерялась термопарами. Исследования свойств почв и микробоценозов проводились на контроле и двух экспериментальных участках, площадью 1 га каждый, пройденных пожарами разной интенсивности. На участке 2 пожар был высокой интенсивности (более 4000 кВт/м) в 2006 г., а на участке 3 — низкой интенсивности (менее 2000 кВт/м) в 2007 г.
Образцы почвы были взяты стандартными методами в десяти точках на каждом участке до и через сутки после выжигания, а также в течение по-
следующих двух лет в середине вегетационного периода [12]. Отбор образцов производился на одних и тех же точках.
Основные агрохимические свойства почвы определяли по общепринятым методикам [2]. Изучали общую численность и структуру эколого-тро-фических групп микроорганизмов (ЭКТГМ) с использованием ряда диагностических сред [11]: мясо-пептонный агар (МПА) — для учета аммонификато-ров, подкисленный сусло-агар (СА) — для микроми-цетов, крахмало-аммиачный агар (КАА) — для микроорганизмов, усваивающих минеральные соединения азота и актиномицетов, почвенный голодный агар (ПА) — для олиготрофов.
Для изучения параметров функциональной активности определяли содержание микробной биомассы (Смик) методом субстрат-индуцированного дыхания (СИД) [1, 20]. Образование СО2 почвой измеряли на газовом хроматографе (ЛХМ80 модификация "Хром 4"). Смик определяли путем пересчета скорости СИД по формуле [20]: Смик (мкг/г почвы) = = (мкл СО2/г почвы час) х 40.04 + 0.37.
Скорость базального дыхания (БД) почвы измеряли по скорости выделения СО2 почвой за 120 ч ее инкубации при 25°С и выражали в мкг СО2—С/г почвы в час.
Все анализы проводили в трехкратной повтор-ности. Статистическую обработку данных выполняли с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2002.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характеристика почв изучаемых лиственничников. Почва лиственничных насаждений представлена буроземом темным оподзоленным маломощным глинистым на элювиально-делювиальной красноцветной мергелистой глине [9]. Строение профиля имеет следующий вид: О (0—3(4) см) — лесная подстилка, бурая, уплотненная, густо переплетена корнями травянистой растительности; AUe (3—18 см) — тем-ногумусовый маломощный горизонт коричневато-черного цвета, сырой, рыхлый и содержит многочисленные включения мелких корней, а также древесных углей, вблизи которых почва имеет интенсивную черную окраску. По гранулометрическому составу данный горизонт, как и весь профиль, представляет собой глину; ВМ (18—40 см) — метаморфический карбонатный; С (40 см и глубже) — материнская карбонатная порода (рН = 7.96).
Верхние органо-минеральные горизонты бурозема темного оподзоленного характеризуются слабокислой реакцией среды (рН = 5.7—5.8), насыщенностью основаниями (70—85%) и высоким содержанием гумуса (6—9%) при широком соотношении С/N (37.5—21) (таблица). Такие почвы обладают достаточно большим естественным
Химические свойства почвы лиственничника после высокоинтенсивного пожара (над чертой — через 2 года после пожара; под чертой — контроль)
Горизонт, глубина, см рН Нг S V Гумус Азот общий С : N n-nh4, мг/кг
Н2О КС1 м-экв/100 г %
О, 0-3 (4) 5 . 88 5 .44 27.4 5 6.1 67.2 67.2 * 0 . 98 3 34.2 24.0
5 . 48 4.78 34.3 48.0 5 8.3 8 1.1 * 1 .08 3 7.5 45.0
AUe, 3 (4)—10 5 . 77 5 . 03 5 .85 2 1.5 78.6 5 .9 0 . 16 1 2 1.2 4.6
5 . 22 4.58 1 0 .8 25.5 70.2 8 .9 0 . 246 2 1.0 6 .2
AUe, 11-18 5 . 84 4.55 3 .71 1 9.5 84.0 2 .2 0 . 07 1 1 7.9 2 .2
5 . 52 4. 37 6 .69 22.5 7 7.1 3 .8 0 . 107 20.6 4 .1
BM, 18-30 5 . 56 4.22 4.32 26.0 8 5.8 1 .2 0 . 05 2 1 3.4 1 .7
5 . 54 4 .15 4.42 23.0 8 3.9 1 .6 0 . 048 1 9.3 2 .5
* Потеря при прокаливании.
плодородием и высокой численностью и активностью микроорганизмов [18]. Биогенность почвы и вертикальная стратификация микробных комплексов почв определяется как свойствами почвы, так и качеством поступающего органического вещест
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.