УДК 574.474
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ И ДИНАМИКА ГУМУСА ЦЕЛИННЫХ И ПАХОТНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРЕДУРАЛЬЯ
© 2009 г. А. М. Русанов, Л. В. Анилова
Оренбургский государственный университет 460018 Оренбург, просп. Победы, 13 E-mail: soilec@esoo.ru Поступила в редакцию 22.09.2008 г.
Предпринята попытка комплексной оценки биологических факторов в экологии гумусообразова-ния лесостепных и степных черноземов Предуралья. Раскрыты некоторые региональные особенности влияния видового состава и структуры растительности, микробиологической и ферментативной активности почв на гумусное состояние зональных подтипов чернозема целинных и пахотных ландшафтов.
Ключевые слова: экология гумусообразования, биологический фактор, гумусное состояние, агроце-ноз.
Исключительное значение органического вещества почвы обусловлено многофункциональной ролью в биосфере (Вернадский, 1987). Гумификация или совокупность процессов образования гуминовых веществ из растительных, животных остатков и продуктов синтетической деятельности микроорганизмов является одним из глобальных процессов трансформации органических веществ на Земле, а гуминовые кислоты — обязательный продукт этих процессов (Александрова, Назарова, 1981). С гуминовыми веществами тесно связана экологическая ситуация на территории: от них зависит устойчивость наземных и водных ландшафтов, почв и биоценозов к природным и антропогенным воздействиям (Орлов, 1990). Роль органического вещества почвы особо важна в регионах, исторически связанных с ведением интенсивного сельскохозяйственного производства, так как с трофической функцией органического вещества неразрывно связана трофическая функция самой почвы (Попов, 2006).
Почвы Оренбургского Предуралья представлены высокоплодородными лесостепными и степными подтипами чернозема (Ерохина, 1959). Более 75% покрываемой ими территории используется под пашню (Блохин, 1997; Русанов, 2003). В процессе длительной агрогенной эксплуатации в почвах агроценозов по сравнению с целинными аналогами произошли существенные изменения важнейших свойств при сохранении генетических особенностей черноземов. Деградационные процессы затронули все компоненты почвы и в первую очередь ее гумусное состояние и живую фазу (Гарифуллин, 1987; Хазиев, 2000).
Предотвращение дальнейшего развития негативных изменений предполагает оптимизацию показателей биологической активности почвенного тела как незаменимого условия гумификации. При этом необходимо учитывать, что органическое вещество почв само является источником и условием их биологической активности. В теоретическом плане важно выяснить сущность взаимодействия биологических факторов как целостной многокомпонентной системы (с учетом процессов обмена веществ и энергии между элементами биологической системы) и окружающей ее абиотической средой, поскольку саморегуляция и, как следствие, гомеостаз такой сложной и многокомпонентной системы, как почва, возможны лишь при условии полного соответствия ее качественно-количественных характеристик условиям окружающей среды.
Цель настоящей работы — изучение влияния динамики растительности, показателей микробиологической и ферментативной активности почв на экологию гумусообразования и гумусное состояние естественных и антропогенно нарушенных зональных подтипов черноземов Оренбургского Предуралья.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В 2005—2007 гг. были исследованы целинные и пахотные участки черноземов в ряду типичные — обыкновенные — южные. Выбор объектов осуществлялся с учетом максимального сходства природных условий, в том числе почвообразую-щих пород. Все отобранные объекты представляли собой выровненные участки водоразделов и
Таблица 1. Геоботанические показатели целинных участков под основными подтипами черноземов Оренбургского Предуралья
Почва; растительная ассоциация
Показатель Чернозем типичный; зверобойно-ковылко-во-типчаковая Чернозем обыкновенный; степномятликово-ковылково-типчаковая Чернозем южный; полынково-ковылко-во-типчаковая
Общее проективное покрытие, % 85-90 65-70 60-65
Средняя высота травостоя, см 30-33 27-30 22-27
Число подъярусов 4 3 3
Отношение подземной биомассы 2.8 4.7 6.6
растений к надземной
Общий запас, ц/га 241.7 274.5 270.5
были расположены в наиболее типичных для данной почвенной подзоны биоклиматических условиях в пределах характерных растительных ассоциаций.
На каждом из целинных участков, а также на территории примыкающих к ним агроценозов общепринятыми методами (Раменский, 1938) проводили описание растительности, определяли величину надземной и подземной растительной биомассы, были заложены полнопрофильные почвенные разрезы и четыре прикопки, на которых отбирали образцы проб почв для лабораторного анализа (Гришина, 1971; Кауричев, 1980).
Отбор образцов для микробиологического и биохимического анализов проводили в соответствии с общепринятыми методическими указаниями (Теппер и др., 1987; Методы, 1991) в 5—7 точках и анализировали в 5—12 -кратной повтор-ности в два этапа: в мае — июне и сентябре. Функциональную структуру комплекса почвенных микроорганизмов определяли по соотношению численности разных физиологических групп с использованием ряда диагностических сред: ам-монификаторов на мясопептонном агаре (МПА), спорообразующих на МПА с прогреванием суспензии, амилолитических на крахмало-аммиач-ном агаре (КАА), микроскопических грибов на подкисленной среде Чапека (Методы..., 1991), а их общее количество — по методу люминесцентной микроскопии (Методы., 1991) на микроскопе "BIOMED2L" (Россия).
Активность каталазы измеряли газометриче-ски по методу А.Ш. Галстяна, уреазы — по методу Т.Д. Щербаковой, пероксидазы и полифенолок-сидазы — по методу Л.А. Карягиной и Н.А. Михайловской на приборе "APEL-101" (Япония) (Методы., 1991; Хазиев, 1990).
Показатели гумусного состояния исследовали общепринятыми методами: содержание общего гумуса — по ГОСТ 26213—91, фракционно-груп-повой состав гумуса — по методике И.В. Тюрина в модификации В.В. Пономаревой и Т. А. Плотни-
ковой (1968). Параллельно определяли температуру воздуха и почвы, ее влажность и объемный вес (Вадюнина, Корчагина, 1986).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Геоботанический анализ фитоценозов показал, что целинный участок чернозема типичного, приуроченный к южной лесостепи, представлен зверобойно-ковылково-типчаковой ассоциацией, проективное покрытие которой составило 85—90% при средней высоте травостоя 30—33 см (табл. 1).
Для степных подтипов чернозема характерна смена растительных ассоциаций на степномятли-ково-ковылково-типчаковую под обыкновенным черноземом и на полынково-ковылково-типча-ковую — под южным.
При движении от чернозема обыкновенного к южному наблюдается снижение проективного покрытия естественной растительности с 65—70% до 60—65% и уменьшение ее высоты с 27—30 до 22—27 см соответственно.
Запасы надземной растительной биомассы в черноземе типичном составили 62.7 ц/га, а величина подземной биомассы в 2.8 раза превосходила надземную (рис. 1). Ежегодно образующаяся фитомасса в ряду степных подтипов чернозема претерпевает значительные изменения. Так, запасы надземной растительной биомассы снижаются с 48.5 ц/га на обыкновенном черноземе до 35.5 ц/га на южном. При этом максимальное значение подземной биомассы (235.0 ц/га), сосредоточенной в верхнем слое почв (0—20 см), наблюдалось на участке южного чернозема, а в границах обыкновенного чернозема масса корней составила 226.0 ц/га. Общий запас растительной биомассы в ряду степных черноземов незначительно снижается. Самое высокое отношение подземной биомассы к надземной наблюдается в южных черноземах, где оно составило 6.6 (Анилова, 2007).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ
419
Таким образом, в зональном ряду черноземов по мере увеличения степени аридизации климата биомасса надземной растительности снижается, а подземной возрастает.
Исследования на пахотных участках показали, что величина ежегодно поступающей биомассы растений под озимой пшеницей, основной сельскохозяйственной культуры региона, составила 14.1, 12.2 и 10.8% от таковой на целине соответственно в черноземе типичном, обыкновенном и южном. При этом на участках агроценоза соотношение подземных частей растений к надземным не превышает 1.6.
Следовательно, по объему ежегодно поступающей фитомассы и структуре растительности пахотные почвы от своих целинных аналогов отличались в большей мере, чем исследуемые подтипы черноземов ненарушенных биогеоценозов, расположенные в ряду их географической зональности.
Проведенные микробиологические исследования показали, что численность микроорганизмов в зональном ряду черноземов (с севера на юг) снижается. При этом в почвах агроценозов данный показатель имеет устойчивую тенденцию к увеличению, что свидетельствует о возрастании интенсивности микробиологических процессов в почвах пашни (табл. 2).
Участок чернозема типичного характеризовался максимальной численностью бактерий, утилизирующих органический азот (бактерии на МПА), при этом почвы агроценоза превосходили целинные по активности данной группы микроорганизмов. По шкале оценки показателей биологической активности Д.Г. Звягинцева (1987), черноземы типичные, обыкновенные и южные целинных и пахотных участков отнесены к очень богатым по содержанию бактерий этой группы (слой 0 — 30 см).
Численность группы спорообразующих бактерий относительно высока, причем на пахотных участках она была также выше, чем на целине. При движении от чернозема обыкновенного к южному их численность увеличивается. Нараста-
Биомасса, %
300 -
250 -
200 -
150 -
100 -
50 -
0
II
1
2
3
Рис. 1. Структура надземной (I) и подземной (II) биомассы на целинных участках:
1 — чернозем типичный; 2 — чернозем обыкновенный; 3 — чернозем южный.
ние активных температур и уменьшение влажности почв в ряду степных подтипов чернозема приводят к созданию экстремальных условий для обитающих в ней живых организмов, поэтому на участке чернозема южного в общей структуре комплекса почвенных микроорганизмов увеличивается доля бактерий, способных к спорообразованию.
Численность амилолитических бактерий (бактерии на
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.