CC BY
113
УДК 631.427 М.В. Якутии
ИПА СО РАН, Новосибирск
А.Н. Пучиии
СГГ А, Новосибирск
ЭВОЛЮЦИЯ АЛАСНЫХ ПОЧВ ЛЕНО-ВИЛЮЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ И ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ
Аласы - это врезанные мезодепрессии среди тайги термокарстового происхождения. Центральная часть аласа занята обычно озером, вокруг которого поясами развиты болотная, луговая и остепненная растительность и соответствующие им почвы [1]. Глубина аласов - от 2 до 30 м в зависимости от мощности вытаявшего ледового комплекса. Аласы занимают значительные площади в Центральной Якутии (например, в Лено-Амгинском междуречье -20-30%). Благодаря их высокой продуктивности здесь еще в конце 1 тысячелетия н.э. сформировался один из самых северных очагов скотоводства на планете [2].
Своим образованием аласы обязаны ледовому комплексу, который является основой рельефа Якутии в зоне средней и северной тайги. Этот комплекс сформировался как результат сурового и влажного климата плейстоцена и сохраняется благодаря современным экстраконтинентальным климатическим условиям. В верхнем плейстоцене и голоцене вследствие колебаний климата произошла частичная деградация ледового комплекса, связанная с его протаиванием и образованием отдельных термокарстовых котловин. В современных условиях вследствие аридизации климата Центральной Якутии развитие природного термокарста сильно замедлено. Но, в общем, аласный рельеф можно считать промежуточным типом рельефа, этапом превращения равнины, сложенной ледовым комплексом, в ландшафт с незначительным содержанием ледового комплекса [2]. Разрушение ледового комплекса в условиях аридного климата закономерно приведет к замене таежных экосистем экосистемами холодных степей.
Для оценки тенденций изменения климата в Центральной Якутии в последние 15 лет нами была предпринята попытка анализа метеоданных с 1990 по 2005 гг. по метеостанции г. Якутска. На рис. 1. приведены данные по изменению температуры воздуха (график построен на основании сравнения среднемесячных температур в каждом конкретном месяце со среднемесячными за весь период наблюдения, т.е. график температурных аномалий на протяжении 180 месяцев [3]). Из графика хорошо видно, что отсутствует тенденция к изменению температуры воздуха в районе исследования на протяжении последних 15 лет. В тоже время, анализ аномалий среднемесячных температур воздуха по отдельным месяцам за 15-ти летний период наблюдений показал устойчивую тенденцию к росту температуры воздуха в самые теплые месяцы (июль, август, сентябрь).
10------------------------------------------------------------------------------
5
0-------------------------------------------------------------------------------
-5------------------------------------------------------------------------------
-10-----------------------------------------------------------------------------
-15
Рис. 2. Аномалии среднемесячной температуры воздуха по сравнению со среднемесячными многолетними температурами воздуха за период с 19902005 гг.
Анализ аномалий месячных сумм осадков по сравнению со среднемноголетними месячными суммами количества осадков за период 1990-2005 гг. по метеостанции г. Якутска продемонстрировал незначительный общий рост увлажненности территории Центральной Якутии. Анализ аномалий по отдельным месяцам за 15 лет наблюдений показал, что количество осадков постепенно увеличивается в июле, августе и сентябре, т.е. в месяцы с наибольшей инсоляцией и наибольшими температурами воздуха.
80 п----------------------------------------------------------------------------
60------------------------------------------------------------------------------
40------------------------------------------------------------------------------
20------------------------------------------------------------------------------
0-------------------------------------------------------------------------------
-20
-40
-60
Рис. 3. Аномалии месячных сумм осадков по сравнению со среднемноголетними месячными суммами осадков за период 1990-2005 гг.
Таким образом, на территории Центральной Якутии на протяжении последних 15 лет наблюдается устойчивая тенденция к увеличению среднемесячных температур воздуха и суммарного количества осадков в наиболее теплые месяцы года: июль, август, сентябрь. При этом происходит незначительный общий рост количества осадков. При сохранении этих
тенденций мы вправе ожидать увеличение скоростей деградации ледового комплекса и общую активизацию процессов, ведущих к эволюционной замене зональных палевых мерзлотных почв аласными почвами.
Цель настоящего исследования состояла в изучении особенностей функционирования биомассы почвенных микроорганизмов в процессе эволюции зональных палевых мерзлотных и аласных почв Лено-Вилюского междуречья.
Исследование проведено в августе 2005 года в междуречье рек Лена и Вилюй. В качестве объектов исследования были выбраны 3 мерзлотные почвы аласа Хоту (лугово-черноземная, черноземно-луговая и торфянисто-глеевая) и зональная мерзлотная палево-бурая типичная почва. Все исследованные экосистемы находятся на одной катене длиной около 250 м. Перепад высот по катене от наиболее высоко расположенной палево-бурой почвы (почва 1) к торфянисто-глеевой почве (почва 4) составляет 6 м.
Почвенная карта аласа Хоту и схема расположение точек отбора почвенных образцов приведена на рис. 1.
1 [\\М 2 з 4 І I 5 Ч- 6
Рис. 1. Почвенная карта аласа Хоту
Почвы: 1 - зональные мерзлотные палево-бурые типичные, 2 - мерзлотные аласные лугово-черноземные, 3 - мерзлотные аласные черноземно-луговые, 4 - мерзлотные аласные торфянисто-глеевые. 5 - озеро, 6 - точки отбора
образцов
Ниже приводятся краткие описания исследованных почв и экосистем.
Почва 1 - зональная мерзлотная палево-бурая типичная на границе аласа. Сформировалась под березово-лиственничным лесом. В сельскохозяйственном производстве не используется.
Почва 2 - мерзлотная аласная лугово-черноземная под разнотравнозлаковым остепненным лугом в 80 м от почвы 1 по направлению к
заболоченному озеру. Проективное покрытие 80%, высота травостоя 40 см. Многолетний сенокос. В 2005 году трава не скашивалась.
Почва 3 - мерзлотная аласная черноземно-луговая под разнотравнозлаковым лугом в 130 м от почвы 1 по направлению к заболоченному озеру. Проективное покрытие 80%, высота травостоя 40 см. Многолетний сенокос. В 2005 году трава не скашивалась.
Почва 4 - мерзлотная аласная торфянисто-глеевая под осоковым заболоченным лугом в 200 м от почвы 1 и в 20 м от уреза воды. Проективное покрытие 100%, высота травостоя 55 см. Практически не используется.
Образцы отбирались из генетических горизонтов всех исследованных почв в четырехкратной повторности по общепринятой методике. Подготовка образцов для микробиологического анализа включала в себя отбор крупных корней и просеивание образцов через сито с диаметром ячеек 3 мм [4]. В образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации [5]. Базальное дыхание оценивалось по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной 24 часа в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 22оС и влажности 60% от полной влагоемкости. Также в данной работе вычислялся показатель удельной активности микробобиомассы - метаболический коэффициент ^) -выделение С-СО2 на 1 г С-биомассы в час [6]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [7].
Характерной особенностью всех исследованных мерзлотных почв является сосредоточение основной части запасов биомассы микроорганизмов в верхнем горизонте и резкое уменьшение запасов биомассы вниз по профилю. Для зональной мерзлотной палево-бурой типичной почвы (т.1) характерны низкие значения микробобиомассы (25 мг С-биомассы/ 100 г почвы в слое 0-10 см) и высокая удельная активность биомассы (4,2 мкг СО2-С/ мг С-биомассы в час).
Началом термокарста является появление первичных озер на поверхности равнины, сложенной ледовым комплексом. Озера являются аккумуляторами тепла, и это приводит к протаиванию ледового комплекса под ними и оседанию вмещающих пород. Таким образом, озеро формирует контур будущей аласной котловины. На дне озера накапливается сапропель, аккумулируются карбонаты в виде обильных мелких ракушек и утяжеляется механический состав почвы. На следующем этапе иссушение аласа приводит к формированию вокруг аласного озера поясов с различным увлажнением: избыточным, нормальным и недостаточным. С поясами увлажнения связано формирование поясов различных экосистем аласов: болотного, лугового и остепненного [2].
На первой стадии развития аласных почв, болотной, активно протекают процессы торфонакопления, оглеения и аккумуляции легкорастворимых солей. В верхнем горизонте торфянисто-болотной почвы (т.4) отмечаются максимальные запасы С-биомассы микроорганизмов и минимальный уровень
ее удельной активности. Величина С-биомассы здесь оказалась в 4,2 раза выше, а метаболический коэффициент в 7 раз ниже, чем в зональной мерзлотной палево-бурой типичной почве (т. 1).
На второй стадии развития почв аласов болотные экосистемы сменяются луговыми, в которых, благодаря оптимальному соотношению тепла и влаги, отмечается высокая продуктивность и активизация процессов гумусонакопления [2]. Запасы С-биомассы в верхнем горизонте черноземнолуговой почвы (т.3), уменьшается в 1,4 раза, а метаболический коэффициент увеличивается в 2,7 раза по сравнению с торфянисто-болотной почвой (т.4).
Третья, остепненная стадия является результатом крайнего иссушения деятельного слоя и динамики рельефа. На этой стадии активизируются солонцовый процесс и процесс гумусонакопления. Остепненная фаза развития почв продолжается до следующего максимума водообильности аласов (2-3 года с положительным водным балансом раз в 25-40 лет), при котором она прерывается и сменяется луговой либо болотной фазой, а иногда, в результате сильного изменения рельефа или значительного расширения водоемов, может проявиться и озерная фаза [1].
Пояс остепненной растительности занимают луговые степи или остепненные луга [2]. На этой терминальной стадии развития аласной экосистемы, в лугово-черноземной почве (т.2), биомасса микроорганизмов в верхнем горизонте снижается в 1,7 раза, а метаболический коэффициент увеличивается в 2,3 раза по сравнению с черноземно-луговой почвой (т.3). При этом уровень микробобиомассы здесь оказывается в 1,8 раза выше, а удельная активность этой биомассы практически равна таковой в зональной мерзлотной палево-бурой типичной почве (т.1).
Таким образом, сукцессия экосистем Центральной Якутии от тайги через озерную и болотную стадии к луговой степи сопряжена с эволюцией почв и коренной перестройкой основного компонента деструкционного звена биологического круговорота - сообщества почвенных микроорганизмов. На стадии гидроморфных почв наблюдается рост биомассы микроорганизмов и снижение ее метаболической активности. При переходе к степным экосистемам запас микробобиомассы снижается, а метаболическая активность увеличивается, достигая уровня таежных экосистем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Еловская Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1987. - 172 с.
2. Десяткин Р.В. Почвы аласов Лено-Амгинского междуречья. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1984. - 168 с.
3. Conen F., Yakutin M.V. Sambuu A.D. Potential for detecting changes in soil organic carbon concentrations resulting from climate change.// Global Change Biology, 2003, V.9, P.1515-1520.
4. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учеб. Пособие / Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.
5. Schinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R. Methods in soil biology. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
6. Anderson T.H., Domsch K.H. Determination of ecolophysiological maintenance carbon requirements of soil microorganisms in a dormant state // Biol. Fert. Soil. - 1985. - V.1, № 5. - P. 81-89.
7. Плохинский Н.А. Биометрия. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 367 с.
© М.В. Якутии, А.Н. Пучнин, 2006
