CC BY
46
Рисунок 13 - Наличие лишайниковых сообществ на исследуемых участках
загрязнения и проектировать возможные сценарии развития исследуемой территории.
Список литературы
1 Грушко Я. М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах ТЭЦ в атмосферу. Л.: Изд-во «Химия», 1999.
2 Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок, утвержденных Приказом Минэнерго России
№ 115 от 24.03.2003.
УДК 504.75.05 Н.П. Несговорова, В.Г. Савельев, И.В. Ивлева, В.В. Евсеев
Курганский государственный университет
ДИНАМИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ПОСЛЕ ВЕРХОВЫХ ПОЖАРОВ: РЕГИОНАЛЬНЫЙ АСПЕКТ
Аннотация. В статье рассматривается актуальная проблема - динамика восстановления лесных биогеоценозов после воздействия пирогенного фактора на примере Курганской области.
В природно-климатических условиях лесостепного Зауралья выявлена определенная периодичность засухи, которая является одним из основных факторов возникновения верховых пожаров.
Сценариев восстановления биогеоценозов после пожаров может быть несколько, в зависимости от влияния складывающегося комплекса факторов. Нами выявлено, что одним из ведущих факторов может быть орографический. Этот фактор влияет на распределение осадков, зольных элементов, в конечном счете -биоразнообразия.
Ключевые слова: биогеоценоз, пирогенный фактор, _б_и_о_р_а_з_н_о_о_б_р_а_зие_, _сук_ц_е_с_с_и_я_.___________________
68 -
N.P. Nesgovorova, V.G. Saveliev, I.V. Ivleva, V.V. Evseev Kurgan State University
DYNAMICS OF RECOVERY AFTER FOREST ECOSYSTEMS CROWN FIRES: REGIONAL ASPECT
Annotation. The article considers the actual problem -the dynamics of the recovery of forest ecosystems after exposure to pyrogenic factor on the example of the Kurgan region.
The climatic conditions of steppe Trans-Urals revealed a certain frequency of drought, which is one of the main factors leading to crown fires.
Recovery scenarios biogeocenosis after fires can be more, depending on the impact of emerging complex of factors. We have found that one of the leading factors may be orographic. This factor influences the distribution of precipitation, mineral elements, ultimately - of biodiversity.
Keywords: biogeocoenosis, pyrogenic factor, biodiversity, succession.
ВВЕДЕНИЕ
Особенно актуальной в конце XX века и начале XXI века стала проблема лесных пожаров, в том числе и для территории Курганской области. Одной из причин этому является глобальная экологическая проблема, которая все с большой остротой проявляется на территории нашей планеты - парниковый эффект и его последствия. Актуальна эта проблема и для Российской Федерации. Поэтому Президент РФ В.В. Путин при выступлении на сентябрьском заседании Генеральной Ассамблеи ООН обратил внимание международного сообщества на то, что уже в конце ноября 2015 года необходимо будет принимать конкретные решения, направленные на снижение ее остроты.
Как связаны парниковый эффект и лесные пожа-
ры? Каковы последствия этой взаимосвязи? Поиску ответов на эти вопросы посвящена данная статья.
Верховой лесной пожар оказывает лимитирующее действие на большинство организмов, вызывая их гибель, а биотическому сообществу в своем развитии приходится начинать все сначала [10]. Освободившуюся после пожара экологическую нишу в биогеоценозе занимают различные организмы, в том числе патогенные грибы. Фитопатогенные грибы занимают главенствующее место среди возбудителей болезней растений.
В Курганской области комплексной оценки состояния лесного биогеоценоза после воздействия пироген-ного фактора и динамики его восстановления практически не проводилось.
Материалы и методы исследования. В данной статье использованы и проанализированы материалы НИИ сельского хозяйства Курганской области, Департамента по природным ресурсам и охране окружающей среды Курганской области, Федеральной службы статистики по Курганской области, результаты собственных наблюдений и исследований.
В нескольких районах области были заложены площадки для лонгитюдных наблюдений динамики восстановления биогеоценозов, подвергшихся лесному пожару в 1998 году (например, Звериноголовский район), в 2004 году (Кетовский район). Площадки заложены на различных элементах рельефа: в низине, на склоне, на вершине холма, между двумя холмами (возвышенностями). Наблюдения касались динамики морфологии, физико-химических свойств почв, валового химического состава почв и растительности по методикам, соответствующим требованиям ГОСТа. Для количественного определения химического состава почвы и растительности использовался атомно-сорбционный спектрограф лаборатории центра экологии и экологических исследований факультета естественных наук Курганского госуниверситета.
Велся учет динамики биоразнообразия восстанавливающихся фитоценозов на изучаемых территориях, микрофлористического состава почв.
Методом корреляционного и многофакторного анализа выявлены взаимосвязи и взаимозависимости между количественным содержанием химических элементов в валовом составе почвы, валовом составе растений, кислотностью почвенного раствора и рельефом местности, позволившие обосновать динамику смены растительных сообществ и микрофлористического состава почвы.
Основные эколого-трофические группы микроорганизмов учитывали методом разведений почвенной
суспензии с последующим ее высевом на плотные питательные среды. В процессе исследования проводили посев на МПА для учета бактерий, усваивающих органический азот. Это самая разнообразная физиологическая группа. Она включает бактерии, грибы, актино-мицеты. Интенсивность минерализации органических азотсодержащих веществ почвы оценивалась по численности и активности аммонификаторов. Для оценки активности бактерий и актиномицетов, усваивающих минеральные формы азота, использовался посев на КАА (крахмало-аммиачномагаре); посев на ГА (голодный агар) для учета бактерий-олиготрофов (типичные почвенные микроорганизмы). Посев на среду Эшби применяли для учета олигонитрофильной группировки микроорганизмов; посев на МГГА+СА - для учета спо-рообразующих форм микроорганизмов.
Все посевы проводились в четырехкратной по-вторности. По результатам учетов оценивали соотношение трофических групп микроорганизмов: показатель эвтрофности бактериального комплекса МПА\ГА, индекс олиготрофности ГА\МПА, индекс минерализации КАА\МПА, показатель олигонитрофильности Эшби\МПА Статистическую обработку данных проводили методом двухфакторного дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову [5].
Работы по изучению фитопатогенной микрофлоры гаревых почв проведены на базе специализированной лаборатории микробиологического анализа Курганской ГСХА и учетных площадках гаревых почв санатория «Сосновая роща» Звериноголовского райо-на Курганской области. Для выделения фузариумов из почвы использовался метод приманок. Сущность его заключается в том, что в период вегетации растений ежемесячно на глубину от 5 до 20 см закапывались высечки клубней картофеля, которые предварительно в лабораторных условиях поверхностно стерилизовались и помещались в стерильные чехлы из мельничного газа. Закопанные фрагменты клубней выдерживали в почве до 10 дней. Затем в 10 точках с каждого фрагмента был отобран материал для микро-скопирования. С целью идентификации материал был отсеян на питательную среду, содержащую антибиотик или молочную кислоту для подавления роста бактерий.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Только в Курганской области за последние 10 лет площадь пожаров в лесах составила свыше 40 тыс. га. Лесные пожары 2004 года явились значимым экологическим бедствием для региона (рисунок 1).
Рисунок 1 - Площади насаждений, погибших от лесных пожаров за 10 лет
Степень потерь лесного фонда, складывающаяся из общего отпада и гибели насаждений, зависит от вида лесного пожара и его интенсивности.
Беглый низовой пожар ощутимого влияния на древостой не оказывает Повреждения получают чаще всего подрост, подлесок, древостой нижних ярусов, напочвенный покров.
Возникновению верховых пожаров способствуют предшествующая длительная засуха и сильный ветер. При верховых пожарах полностью сгорает хвоя, происходит выгорание почвенного покрова и подгорание корней. Древостой погибает полностью и в короткий срок вываливается, образуя труднопроходимые завалы. Верховые пожары являются наиболее мощным фактором изменений в растительном покрове.
По результатам наших наблюдений, на пробных площадках у поселка Чашинский, наиболее пострадавшего от пожара смешанного характера, выявлено следующее. Во время верхового пожара в хвойном лесу температура доходила до 1200°С на возвышенностях (вершинах холмов) и до 900°С на склонах и у подножий, в понижениях рельефа, в почве на глубине 7 см - до 70°С [12].
Состояние почвенного покрова и химический состав растительности. После верхового пожара, сгорания растительности в верхнем горизонте почвы наблюдается накопление химических элементов, которые в последующем мигрируют в нижележащие горизонты и смываются по элементарным ландшафтам или накапливаются в подзоле.
Реакция почвенного раствора верхних горизонтов от слабо кислой, характерной для серой лесной почвы, сдвигается в сторону щелочности, и эта тенденция сохраняется на всех элементах рельефа (от возвышенностей до низин). Это может быть связано с накоплением зольных элементов, содержание которых изменяет кислотно-щелочной баланс почвы, а следовательно, и подвижность большинства химических компонентов в почвенной влаге, подвергшихся гидролизу из образовавшейся после пожара корки. Высокое значение реакции почвенной среды площадок, расположенных ниже по рельефу, связано в том числе и со смывом зольных элементов с верхних площадок.
Через определенный промежуток времени (около года) наблюдается снижение значения щелочности почв на повышенных участках рельефа, что может быть обусловлено вымыванием зольных элементов и постепенным их смывом в понижения рельефа и ниже лежащие горизонты почвы (рисунок 2).
7 -6 -5 -4 --' 3 -2 1 0
□ рН обменная
□ рН актуальная -Рельеф местности
2 3 4 5
Элементы ландшафта
группам нейтрофильных и базифильных. О том, что они активно поглощают изучаемые химические элементы, свидетельствуют результаты корреляционного анализа между химическим составом почвы и произрастающей на ней растительности. Между плотностью популяций произрастающих растений и содержанием железа в корнях растений выявлено взаимодействие (рисунок 3).
Рисунок 3 - Динамика содержания железа в растениях по рельефу
На повышенных частях рельефа содержание железа в корнях растений больше, чем на всех остальных элементах ландшафта. Именно здесь вследствие задержки выноса может сильно повышаться концентрация железа в почве. Проникая через корневую систему, соединения железа накапливаются в корнях и наземных частях растений. В наземных частях растений железо входит в состав каталитических центров многих окислительно-восстановительных ферментов, в виде геминовой группы входит в состав цитохромов, катала-зы и пероксидазы [4].
Кремний не менее значим для растений, он является компонентом, необходимым для построения клеточной стенки. Динамика его содержания в почве аналогична содержанию калия. Калий активирует работу многих ферментных систем. Больше всего калия содержится в почвах на склоне, где растительность изрежена. Ниже его содержание в почве на вершинах холмов, здесь же выявлена самая высокая плотность популяций растений.
Между динамикой содержания калия и нитратного азота в почве выявлена положительная корреляция. Возможно, это объясняется косвенной связью, через накопление растительных остатков и интенсивной деятельностью микрофлоры (рисунок 4).
Рисунок 2 - Динамика кислотности почв по рельефу через год после пожара
При снижении щелочности среды комплексные соединения железа, магния, кремния, калия становятся подвижными, в почве не выпадают в осадок и находятся в доступной для растений форме и могут поглощаться корнями растений. Растения, поселившиеся после пожара и способные расти на данной среде, относятся к
Рисунок 4 - Динамика содержания калия и нитратного азота в почве по рельефу
Интересная картина наблюдается с содержанием в почвах кальция и магния. Кальций участвует в удержании гуминовых кислот в почве. Самое высокое содержание кальция наблюдается в почвах на вершине возвышенности, именно здесь же самое высокое количество гумуса и плотность популяций растений. В биомассе растений кальция больше накапливается в почвах у подножья склонов. На этом же элементе ландшафта в почве выявлено самое низкое содержание гумуса (рисунок 5).
8
Рисунок 5 - Динамика содержания кальция в почве по рельефу
Кальций находится здесь в свободном состоянии и накапливается в растениях. Он образует пектаты кальция, которые входят в состав клеточной стенки, участвует в поддержании структуры рибосом и митохондрий (рисунок 6) [4].
Рисунок 6 - Динамика содержания кальция в растениях по рельефу
На плотность популяции растений оказывает влияние и содержание магния в почве.
У подножья возвышенности почва отличается несколько ослабленным выносом (однако вполне достаточным для удаления избыточных элементов) и усиленным приносом, причем не только со склонов, но и с грунтовыми водами (рисунок 7). Здесь складывается сочетание богатства химических элементов, в том числе и магния, доступного для растений.
Динамика фитоценозов на гаревых почвах. После верхового пожара происходит последовательная и закономерная смена во времени одних фитоценозов другими [1].
По нашим наблюдениям, в течение весенне-летнего сезона и осенью в год пожара на пирогенно нарушенной территории растительность отсутствовала практически полностью, лишь изредка встречались один-два вида шляпочных грибов.
Через год после пожара растительность остается изреженной, нами встречены растения из семейств Ро1удопасеае и СагуорЬ^Пасеае. Даже через 1,5 года после верхового пожара биоразнообразие растительности не велико, представлено девятью семействами. Виды, представляющие эти семейства, занимающие территорию горельников, лучше других способны заселять свободные пространства и конкурировать за них. Их называют пионерами. Пионерные растения заселяют обедненные биогенными элементами участки почвы, повышая пространственную неоднородность концентрации питательных для растений веществ, они способствуют появлению раннесукцессионных растений. Раннесукцессионные растения расширяют набор микрогруппировок местообитаний. Данный процесс происходит не одновременно по рельефу, поэтому состав растительности на различных элементах рельефа не одинаков. Состав растительности на склоне одной из площадок в определенной мере может быть сходен по составу с растительностью на вершинах первого и второго холма и в низине между ними. В то же время степень сходства растительного покрова на всех элементах рельефа составляет не более тридцати процентов. Различий больше, чем сходства (рисунок 8) [12].
Через два года после пожара в весенний период нами проведено повторное изучение состава формирующихся сообществ. Количество представленных ботанических семейств в изучаемых сообществах увеличилось до 12. В течение года наибольшие изменения в растительном покрове произошли у подножий, наименьшие на склонах холмов.
Рисунок 7 - Динамика содержания магния в растениях по рельефу
Меньше всего магния содержится на вершине возвышенностей. Это явление и отражается на плотности популяций растений. Чем меньше обнаружено магния, а также кремния, калия в почве, тем выше плотность популяции растений и наоборот.
Данное явление обратной корреляции между содержанием элементов в тканях растений и в почве может быть объяснено интенсивностью использования элементов в жизнедеятельности растений. Магний играет значимую роль в жизнедеятельности растений: входит в состав хлорофилла, поддерживает структуру рибосом, является активатором многих ферментов, он интенсивно поглощается из почвы. Поэтому его в почве может быть меньше, чем в тканях растений, в период интенсивной вегетации. Это и выявлено в нашем исследовании.
Рисунок 8 - Динамика флористического сходства и различий изучаемых территорий через 2 года после пожара (1, 2, 3, 4, 5 - подножье; 6, 7, 8, 9,1 0 - средина склона; 11, 12, 13, 14, 15 - вершина холма)
Самый первый после пожара фитоценоз формировался из растений-выносливцев. Они не отличаются особой энергией жизнедеятельности, но выносливы и потому способны образовывать устойчивые ценозы в местах, неблагоприятных для других растений. К выносливцам относятся растения из семейств Onargaceae (Chamaeneri onangustifolium (L.), Caryophyllaceae (Eremogone saxatilis (L), Dianthus acicularis (Fisch. ex. Leded), Polygonaceae (Runex acetosa (L.) [12].
Представители фитоценотипа выполняющих растений очень быстро развиваются в промежутках между растениями-силовиками и растениями-выносливцами, но быстро вытесняются последними. Это растения из семейств Poaceae (Calamagrostis canescens (Web), Festuca polesica Zapal, Elytrigia repens (L), Cyperaceae (Carex praecox Schred), Rosaceae (Potentilla argentea (L.), Violacea (Viola arvnsis Murr ), Scrophulariaceae (Linaria vulgaris (Mill), Veronica prostrata (L), Asteraceae (Erigeron acris (L), Filaginella uliginosa (L.), Hieracium umbellatum (L.), Taraxacum beckeri Soest ) [12].
Растения фитоценотипа силовиков, энергично развиваясь, захватывают территорию и удерживают ее за собой, подавляя, заглушая соперников энергией жизнедеятельности и полнотой использования ресурсов среды [12].
Сосна лесная (Pinus sylvestris (L.) снова появляется на местах гарей, по нашим наблюдениям, лишь на третий год после пожаров, в первую очередь на трансэлювиальном ландшафте склонов. Самое раннее -через два года после верхового пожара появляются единичные проростки. Именно сосна - конечное звено в сукцессионной серии. Она формирует стабильное сообщество, которое будет поддерживать само себя неопределенно долгое время. Но это произойдет не ранее, чем через 30-50 лет [12].
Динамика фитоценоза через десять лет после пожара. Результаты оценки биоразнообразия сообществ на гаревых почвах изучаемых территорий показывают, что:
1) на территории бывших гарей как в Звериноголовском, так и в Кетовском районе на площадках, взятых в различных частях ландшафтного профиля (по рельефу), в понижениях рельефа наблюдается биоразнообразие значительно выше, чем на склонах и вершинах холмов (рисунки 9 и 10);
Рисунок 9 - Динамика биоразнообразия растительности на гари в Звериноголовском районе
Рисунок 10 - Динамика биоразнообразия растений на гари Кетовского района
2) биологическое разнообразие ярусных группировок, формирующихся на гарях в Кетовском районе, ниже, чем в Звериноголовском. В качестве причин создавшегося положения следует назвать в первую очередь фактор времени, способствующий переходу сообщества в новую стадию. В Кетовском районе биоценоз переживает вторую, переходную фазу, а в Звериноголовском - уже переходит в 3 - фазу лесного сообщества (рисунки 11, 12).
Рисунок 11 - Соотношение видов в ярусах биогеоценозов Звериноголовского района
1 ñ 16 14 12 1С)
а б 4
г о
У m
У в
у ■
у
У
У II
У _
m
< ,
1лрус
2 прус
3 прус
4 ярус
Рисунок 12 - Соотношение видов в ярусах биогеоценозов Кетовского района
Изучение факторов, влияющих на восстановление фитоценозов, позволило сделать следующие выводы:
- в динамике актуальной кислотности почвенного раствора выявлено, что почвы близки к нейтральным. По содержанию фосфора, гумуса, нитратного азота почвы бедны;
- из результатов анализа химического состава почв следует, что на изучаемых территориях сложились примерно одинаковые условия корневого питания растений. Почвы рассматриваемых территорий сходны по морфологическим признакам, относятся в основном к одному зональному типу - серые лесные (в Звериноголовском районе), а на территории Кетовского района - подзолы;
- что касается количественных показателей химического состава, то они изменяются по рельефу: их показатели по большинству признаков растут от вершины к подножию.
Сравнительный анализ графов корреляционных взаимодействий биогеоценозов пос. Искра и пос. Чашинский, различающихся по развитию во времени в 10 лет, указывает на то, что:
1) в почве биогеоценоза пос. Чашинский происходят интенсивные обменные процессы, не наблюдается полного восстановления ее характеристик, 10 лет для этого недостаточно;
2) узел химических свойств почвы в сообществе пос. Искра более тесно связан с узлом состава биоценоза, следовательно, здесь сформировались устойчивые связи и взаимоотношения;
3) водные свойства почвы биогеоценозов пос. Искра становятся наиболее значимыми (среди всех характеристик почвы) для развития растительности на данной территории. Это отличает их от биогеоценозов пос. Чашинский;
4) аналогичная особенность прослеживается и во взаимосвязи рельефа территории и ее биоразнообразия. Биогеоценоз пос. Искра связан в своем развитии с рельефом территории, на которой он формируется.
В целом, если лимитирующими факторами для растительности рассматриваемых биогеоценозов пос. Чашинский выступают химические свойства почвы, а к фоновым факторам относится рельеф, время, водные свойства почвы и ее механический состав (в совокупности действия, данных факторов на растительные сообщества определяется их структурами), то для биогеоценозов в окрестностях пос. Искра могут сложиться другие взаимодействия.
Изменение химического состава почв создает условия для невозможности существования прежнего сообщества, для его гибели и развития через какое-то время другого, с новым составом (рисунок 13).
Рисунок 13 -
Обобщенная модель биогеоценоза и факторов, на него влияющих
лесной оподзоленной, пожар произошел в 1998 году, участок имеет признаки восстановления.
Объектами непосредственного исследования являлись участки, подвергшиеся пирогенному воздействию по рельефу и не подвергавшиеся таковому (контроль).
Среди основных эколого-трофических групп микроорганизмов отмечено низкое содержание аммони-фикаторов в горельниках, т.к. выгорание напочвенного покрова приводит к обеднению почвы доступным для разложения органическим веществом (таблица 1).
Таблица 1 - Численность бактерий-аммонификаторов (ко-лониеобразующих единиц - КОЕ), тыс.кл/г воздушно-сухой почвы
Динамика микрофлоры. Пожары являются мощным антропогенным фактором, влияющим на микрофлору почв. В результате пирогенного воздействия происходит разрушение лесного опада, нарушается состав микробного ценоза почвы, что приводит к формированию специфических микробных сообществ [13]. В Курганской области в последние годы значительные массивы лесов и посадок сосны подверглись действию пожаров. Исследованием микробиологической активности гаревых почв в местных условиях практически никто не занимался.
Целью наших исследований было выявление количественных показателей почвенных микроорганизмов (численность физиологических групп микроорганизмов, активность процессов минерализации) в верхнем слое гаревых и фоновых почв под посадками сосны обыкновенной.
В ходе данного исследования были решены следующие задачи: 1)выявлены физиологические группы почвенных микроорганизмов; 2)изучена активность процессов минерализации на исследованных площадях.
Воздействие пожаров на микробиологическую активность почв изучалось на территории рекреационной зоны санатория «Сосновая роща» (Звериноголовский район). П очва д ан ного участка представл е н а се ро й
Пирогенный фактор (А) Элементы рельефа (В) л» Средние по фактору А (НСР=631)
Вершина Середина Низина
Контроль 69.00 104.25 53.75 75.67
Нарушенный участок 48.50 57.50 11.75 39.25
Средние по фактору В (НСР=7.72) 58.75 80.88 32.75
Примечание: НСР для частных средних= 10.92
Численность бактерий на нарушенном огнем участке ниже в 1,9 раза по сравнению с контролем. Влияние факторов А (пирогенный фактор) и В (элемент рельефа) значимо для данной группировки микроорганизмов.
Типичные почвенные микроорганизмы - олиготро-фы - отреагировали значительным снижением численности на нарушенных пирогенным фактором почвах (таблица 2). Численность упала в 2,9 раза. Влияние факторов А и В значимо.
Обогащение почвы зольными элементами способствует развитию микрофлоры, что проявляется на Эшби-агаре. В нашем случае это проявилось в увеличении на горелых почвах количества данной олигонитро-фильной группы микроорганизмов в 1,7 раза. Влияние факторов А и В значимо.
Численность бактерий и актиномицетов в горельниках, по нашим данным, упала в 1,2 раза. Влияние факторов А и В значимо.
Таблица 2 - Численность бактерий-олиготрофов (колоние-образующих единиц - КОЕ), тыс.кл/г воздушно-сухой почвы
Пирогенный фактор (А) Элементы рельефа (В) Средние по фактору А (НСР=6.56)
Вершина Середина Низина
Контроль 45.00 108.00 95.75 82.92
Нарушенный участок 47.50 33.00 6.75 29 08
Средние по фактору В (НСР=8.04) 46.25 70.50 51.25
Примечание: НСР для частных средних= 11.37
В результате нашего исследования установлено, что численность группы спорообразующих микроорганизмов практически не зависит от пирогенного фактора, можно наблюдать лишь незначительное увеличение количества бациллярной формы микробов.
По полученным данным о количественном составе микрофлоры нами было проанализировано соотношение трофических групп микроорганизмов на контроль-н ых ( н/н ) и п и р о ге н н о н а руш е к к ых (нар . ) уч астках почвы
73
(таблица 2) Показатель эвтрофности бактериального комплекса увеличивается с 1,04 на контроле до 1,51 на пирогенно нарушенной территории. Олиготрофность почв в отношении азота уменьшается с 1,19 (в среднем на контроле) до 0.72 на нарушенной территории. Активность минерализационных процессов в верхнем слое горельников обусловлена преобладанием численности микроорганизмов, утилизирующих минеральные формы азота, над численностью аммонификаторов. Это подтверждается величиной коэффициента минерализации, который в среднем на ненарушенном участке составил 1,32, а на нарушенной почве 2,21. Показатель олигонитрофильности на горельниках увеличивается в 2,5 раза, с 1,37 на контроле в среднем до 3,47 на гаревых почвах.
Таким образом, пирогенный фактор, как и элементы рельефа, оказывают значительное влияние на активность микробного ценоза почвы. Выгорание почвенного покрова ведет к обеднению почвы доступным для разложения веществом. В результате наблюдается снижение численности аммонификаторов. После пожаров в почве преобладают спороносные формы микроорганизмов и бактерии, использующие в качестве источника роста минеральный азот Резко возрастает индекс минерализации почвы на нарушенных участках (таблица 3).
Таблица 3 - Интенсивность минерализации углерода и азота
Вариант Козе эфициент
МПА/ГА ГА/МПА КАА/МПА Эшби/МПА
Вершина н/н 1.54 0.66 0.36 0.80
Середина н/н 1 1.07 1.08 1.25
Низина н/н 0.57 1.83 2.53 2.06
Вершина нар. 1.03 0.98 2.09 1.59
Середина нар. 1.75 0.61 1.46 6.54
Низина нар. 1.74 0.58 3.09 2.28
Разработка данной темы позволяет наметить пути регулирования микробных ассоциаций в гаревых почвах, дать конкретные научно обоснованные рекомендации заинтересованным организациям по повышению эффективности лесовозобновления на гаревых участках.
Почва является одним из наиболее пригодных местообитаний большинства видов Fusarium. Здесь они существуют в активной форме, заселяют растительные остатки, растут в ризосфере и на поверхности корней, используя их выделения, а также в форме переживающих структур (хламидоспор). Отдельные виды этого рода обладают токсическими для людей и животных свойствами, вызывая заболевания [2; 15]. В то же время ряд видов рода Fusarium участвуют в регуляции роста и развития растений, способствуют повышению урожая, выделяя стимуляторы роста растений - гиббереллины, ауксины и витамины.
Почвы рекреационной зоны санатория относятся к типу серой лесной оподзоленной. Участок был подвержен огневому воздействию в 1998 году и имеет наглядные признаки восстановления: имеется лесная подстилка, мощность которой составляет от 5 до 8 см, она представлена неперегнившей органикой, листовым опадом, хвоей. Почва по совокупности морфологических признаков относится к средне плодородным, мощность гумусового горизонта достигает в среднем 20-22 см.
В процессе учёта микромицетов на картофельных приманках обнаружено, что из 60 приманок 59 обросли
грибами из p. Fusarium, три приманки обросли Мисог, одна - Rhizopus, четыре - Trichoderma, еще три -Verticillium. Всего с приманок было выделено и идентифицировано до рода и вида 70 штаммов микромицетов, из них 59 относятся к p. Fusarium. Для большинства штаммов фузариумов характерно обилие микроконидий по форме почковидных, палочковидных, в виде запятой, иногда с одной перегородкой. Макроконидии короткие, чаще с 2, либо с 1-3 перегородками, палочковидно или серповидно изогнутые с маленьким клювиком. Они образуются в воздушном мицелии на простых или разветвленных конидиеносцах.
Среди обнаруженных грибов доминируют грибы из секции Martiella, у них конидии с толстой оболочкой и хорошо заметными перегородками, сосисковидные, ве-ретеновидно-серповидные, с одинаковым диаметром на протяжении всей длины, с короткой тупой верхней клеткой; микроконидии одноклеточные или с одной перегородкой. Преобладает F.javanicumvar. radicicola, который отличается от основного вида наличием макроконидий преимущественно с тремя перегородками и меньшего размера, образуемых как в пиннотах, так и в воздушном мицелии. По данным источников, эта разновидность и преобладает в серой лесной почве.
Часто встречался вид F. solani и его разновидности F. Solani var. coeruleum (отличительной особенностью являются макроконидии меньших размеров по сравнению с типичным видом, с тремя перегородками, несколько суженными к основанию, образуются в споро-дохиях, пиннотах и воздушном мицелии); род F. Solani var. argillaceum (F. ventricosum) (имеет макроконидии разных размеров, преимущественно с тремя перегородками, с толстыми оболочкой и перегородками, без ножки). В сухой и жаркий сезон F. solani является главной причиной полегания сеянцев сосны в молодом возрасте, что особенно отрицательно сказывается на лесо-восстановлении после пожарищ.
В изучаемой почве также обнаружены F. sporotpichiella, F. redolens, F. nivale. Из низших грибов зарегистрированы Rhizopusnigricans, Mucor griseoochraceus. Из высших преобладали Trichoderma, Verticillium. Для грибов родаTrichoderma характерны беловато-зелёные, редко тёмно-зелёные колонии с сильным запахом кокосовой стружки.
Кроме микроорганизмов были обнаружены нематоды. Особенно много их было на колониях F. Javanicum var. radicicola. Почва, содержащая одновременно в большом количестве нематод и фузарии, заведомо обладает фитотоксичными свойствами. Почти все зарегистрированные нами виды являются возбудителями болезней растений.
Виды Fusarium обладают широким диапазоном приспособительных реакций. В комплексе с другими видами Fusarium встречается на древесных породах, что особенно отрицательно сказывается на лесовосстанов-лении после пожаров.
Гибель лесов от пожаров на территории Курганской области на протяжении последних лет стабильна, за исключением 2004-2005 годов, когда жаркие и засушливые весна и лето 2004 года сопровождались большим количеством пожаров. Усыхание и гибель насаждений в течение 2004-2005 годов наблюдались на площади 49,8 тыс. га, в эти годы показатель удельной гибели лесов от пожаров был максимальным. Анализ состояния погодных условий показал, что именно климатические факторы с 2004 по 2010 годы явились причиной возникновения крупных лесных пожаров и очагов непарного шелкопряда.
В весенний период 2012 года в Зауралье сложилась довольно сложная пожарная обстановка. Пожароопасный сезон начался в первой декаде апреля. Необычайно ранняя весна, установление положительного температурного режима и незначительные осадки в апреле - мае привели к возникновению лесных пожаров. Первые очаги пожаров были зафиксированы в Глядянском, Курганском, Шумихинском, Юргамышском, Далматовском лесничествах. В целом в лесном фонде Курганской области произошло 945 случаев лесных пожаров. Площадь пожара на лесных землях составила более 80%. Пожары явились основной причиной гибели насаждений, что составило 88,4% от общей площади усыхающих лесов.
В качестве основной следует назвать причину природного характера - довольно неблагоприятные погодные условия, связанные с малым количеством осадков и высокой температурой в весеннее-летний период.
Основными факторами, способствующими возникновению лесного пожара, явились человеческий фактор; фактор естественной природы (грозовые разряды), а также большая доля приходится на фактор невыясненной природы (рисунок 14).
Возникновению и распространению лесных пожаров благоприятствовали погодные условия года: малоснежная зима, ранний сход снега, сухая и жаркая погода весной и летом.
1 - по индивидуальной вине граждан; 2 - сельскохозяйственные палы ; 3 - грозовые разряды; 4 - по вине разных организаций ; 5 - по вине лесозаготовительных организаций; 6 - неустановленные причины (35,1%)
Рисунок 14 - Распределение факторов лесных пожаров
Более сильное влияние на санитарное состояние насаждений оказывает устойчивый низовой пожар
средней и высокой интенсивности. При этом в поврежденных древостоях проявляются признаки ослабления: на некоторых деревьях крона частично повреждена огнем, наблюдается сильный ожог стволов и прогар корневой шейки. Заселение стволовыми вредителями на таких деревьях происходит быстрее. Всё это приводит к дальнейшему усыханию единичных деревьев или куртин.
Одним из основных последствий таких пожаров является массовое размножение вредителей леса, влекущее за собой углубление экологической проблемы -усыхание лесов (рисунок 15).
ВЫВОДЫ
Низовые лесные пожары, переходящие в верховые, оказывают сильное действие на почвенный покров территорий, подверженных их действию.
Изменение химического состава почв ведет к кардинальной смене сообщества.
Лимитирующими факторами для растительности рассматриваемых биогеоценозов выступают химические свойства почвы. К фоновым факторам относится рельеф, время, водные свойства почвы и ее механический состав. В совокупности действие данных факторов на растительные сообщества определяет их структуру.
В результате нашего исследования установлено, что численность группы спорообразующих микроорганизмов практически не зависит от пирогенного фактора, можно лишь наблюдать незначительное увеличение количества бациллярной формы микробов.
Виды Fusarium обладают широким диапазоном приспособительных реакций. В комплексе с другими видами Fusarium встречается на древесных породах, что особенно отрицательно сказывается на лесовосстанов-лении после пожаров.
Исходя из полученных данных, нами сделан вывод, что через десять лет после воздействия пироген-ного фактора доминантами в фитопатогенном комплексе почвенных микромицетов являются F.javanicumvar. radicicola и F. solani, что соответствует имеющимся в литературе данным. В то же время нами не был обнаружен F. oxyspomx хотя он должен преобладать в светло-серых лесных почвах.
Большое разнообразие рода Fusarium, многочисленность и устойчивое присутствие в почве создает возможность использовать его для биотестирования структурных изменений микробоценозов при химическом загрязнении почвы, в том числе вызванном залповым попаданием разнообразных веществ при сгорании
Рисунок 15 - Площади очагов массового размножения вредителей леса в насаждениях по группам вредителей
за последние 10 лет
растительности и выделениях в процессе жизнедеятельности организмов.
В целом, одно из основных экологических бедствий регионального характера - гибель лесов от пожаров - носит ярко выраженный циклический характер, обусловливаемый периодическими изменениями климатических условий и последующим воздействием дополнительных факторов.
Список литературы
1 Бигон М., Хатпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества : в 2 т. /пер. с англ. М. : Мир, 1989. Т. 2:. 447с., ил.
2 Билай В. И. Фузарии. Киев : Наукова Думка, 1977. 441 с.
3 Гилев С. Д. Повышение эффективности земледелия Зауралья в засушливых условиях. Куртамыш : ГУП «Куртамышская типография», 2013. 231 с.
4 Добровольский В. В Основы биогеохимии : учебник для студ. высш. учеб.заведений. М. : Издательский центр «Академия», 2003. 400 с.
5 Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М. : Колос, 1985.
6 Егорова В. П., Кривонос Л. А. Почвы курганской области : учебное пособие по агрономическим специальностям. Курган, 1995.
7 Кириленко Т. С. Атлас родов почвенных грибов. Киев : Наукова думка, 1977. 128 с.
8 Литвинов М. А. Определитель микроскопических почвенных грибов. Л.: Наука, 1967. 304 с.
9 Стебаев И. В., Пивоварова Ж. Ф., Смоляков Б. С., Неделькина С .В. Общая биогеосистемная экология. Новосибирск: «Наука». 1993. 288 с.
10 Одум Ю. Экология: в 2 т. / пер. с англ. М.: Мир, 1986. Т.2. 328 с.
11 Паспорт Курганской области: стат.сб. / Курганстат. Курган, 2013. 132 с.
12 Несговорова Н. П., Савельев В. Г., Иванцова Г. В. Изучение проблемы лесных пожаров как фактора экологической опасности: региональный аспект // Фундаментальные исследования. 2014. №12. Ч.6. С. 1207-1211.
13 Сорокин Н. Д., Евграфова С. Ю., Пашенова Н. В., Гродницкая Н. Д. Микробиологическая индикация и мониторинг нарушенных лесных экосистем Сибири // Сибирский экологический журнал. 2005. Т.12. №4. С.687-692.
14 Хоружая Т. А. Оценка экологической опасности. М. : Книга сервис, 2002. 208 с.
15 Черемесинов Н. А., Негруцкий С. Ф., Лешковцева И. И. Грибы и грибные болезни деревьев и кустарников М. : Изд-во «Лесная промышленность», 1970, 392 с.
16 Шмаль А. Г. Факторы экологической безопасности. -экологические риски. Бронницы, 2010. 192 с.
