CC BY
89
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В МОНИТОРИНГЕ ПОЙМЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ В РАЙОНЕ СРЕДНЕЙ ОБИ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 8/2, д.б.н., старший научный сотрудник лаб. Биогеоценологии, тел. (383)3639025, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru;
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, проф. кафедры экологии и природопользования
Владислав Семенович Андриевский
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 8/2, к.б.н., доцент, старший научный сотрудник лаб. Биогеоценологии, тел. (383)3639025, e-mail: VS@issa.nsc.ru
Александр Игоревич Шепелев
Сургутский государственный университет ХМАО - Югры, 628403, Россия, Тюменская обл., г. Сургут, пр. Ленина, 1, д.б.н., профессор кафедры ботаники, тел. (346)276-31-52, e-mail: landscape-ecology@yandex.ru
Проведен анализ состояния деструкционного блока в пойменных и таежных экосистемах в Сургутском и Нефтеюганском районах ХМАО с использованием почвенно -зоологических и почвенно-микробиологических методов. Продемонстрированы резкие отличия дерновых, луговых и дерново-подзолистых почв по изученным показателям. Делается вывод о возможности применения использованных методов в практике экологического мониторинга.
Ключевые слова: ХМАО, Средняя Обь, почвы, пойма, микробиология, зоология, методы, экологический мониторинг.
THE USE OF SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN MONITORING OF FLOOD-PLAIN ECOSYSTEMS IN THE MEDDLE OB REGION
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, ScD, senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)3639025, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru;
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and wildlife management
Vladislav S. Andrievskiy
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, , 8/2 Akademician Lavrentjev, 630090, Russia, Novosibirsk, PhD, senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)3639025, e-mail: VS@issa.nsc.ru
Alexandr I. Shepelev
Surgut State University, 628403, Russia, Surgut, Tyumen region, 1 Lenin avenue, ScD, professor of department of botany, tel. (346)276-31-52, e-mail: landscape-ecology@yandex.ru
The analysis of a condition of destruction bloc in the flood-plain and taiga ecosystems in Surgut and Nefteyugansk areas HMAR with use of soil-zoological and soil-microbiological methods is carried out. Sharp differences between dernoviy, meadow and dernovo-podsolic soils on the studied indicators are shown. The conclusion about possibility of application of the used methods in ecological monitoring practice becomes.
Key words: HM^R, Middle Ob, soils, flood-plain, microbiology, zoology, methods, ecological monitoring.
Почвенный покров речных пойм отличается исключительной пестротой в пространстве и динамичностью во времени. Пойменные почвы имеют глубокие отличия от почв водораздельных территорий. Их ежегодное затопление паводковыми водами придает им специфический «земноводный» характер и особые черты водно-воздушного режима [1]. Половодье приносит на поверхность затапливаемых почв речной аллювий, содержащий в себе минеральные и органические частицы и значительное количество микроорганизмов. Все это определяет высокую биогенность экосистем поймы [2].
Цель настоящего исследования состояла в изучении распределения С -биомассы микроорганизмов и населения панцирных клещей по профилям пойменных почв разных типов и зональной дерново-подзолистой почвы в районе Средней Оби.
Исследование было проведено в Нефтеюганском и Сургутском районах ХМАО в начале июня 2011 г. В качестве объектов исследования были выбраны две пойменные почвы и зональная дерново-глеевато-среднеподзолистая почва на второй террасе реки Оби. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в таблице.
В отобранных образцах определяли содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом SIR [3]. Для анализа населения панцирных клещей отбирались почвенные пробы стандартным пробоотборником послойно, по 5 см в глубину в 10-кратной повторности в каждой экосистеме. Выгонка клещей из почвы осуществлялась также общепринятым для микроартропод методом термоэклекции Тулльгрена-Берлезе [4]. Статистическая обработка полученных результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [5].
Дерновые почвы распространены преимущественно на гривах прирусловой поймы и формируются в условиях отрыва от грунтовых вод. Луговые почвы распространены преимущественно в центральной области поймы и развиваются в условиях не только атмосферного, но и грунтового увлажнения [1, 6].
Благодаря постоянному отложению свежих наилков на поверхность периодически затапливаемых сформировавшихся пойменных почв, они имеют все признаки «молодых» почв. А зональные признаки в них отсутствуют или выражены в очень слабой степени [7].
На заключительной стадии эволюции пойменных почв отдельные участки поймы или пойменные террасы выходят из режима поемности и пойменные почвы начинают развиваться по пути автоморфных зональных почв [1]. По одной из гипотез происхождение дерново-подзолистых почв южнотаежной под-
зоны Западной Сибири связано с наложением подзолообразования на луговые почвы при увеличении степени дренированности территории [8,9].
Таблица 1
Основные характеристики исследованных экосистем
^ С „Е Геоморфологическое положение Экосистема Почва
Т . 1 Правый берег Юганской Оби в 2,5 км от переправы на Южно-Сургутское месторождение. Высокое прирусловье,2-10 м от берега Разнотравно-злаковый луг в разреженном ивняке. Высота травостоя 10-30 см, проективное покрытие 60 % Дерновая слоистая аллювиальная
Т . 2 Правый берег Юганской Оби. 1,5 км от переправы на Южно-Сургутское месторождение. Нижняя часть склона от прирусловья Юганской Оби к озеру центральной поймы Разнотравно-злаковый мезофитный луг. Трава сожжена палом Луговая аллювиальная
Т . 3 Южно-Сургутское месторождение. Вблизи федеральной трассы. Вторая терраса р. Оби Березово-кедровососновый чернично-зеленомошный лес Дерново- глеевато- средне- подзолистая
В ряду почв: дерновые^-луговые^-дерново-подзолистые отмечается увеличение содержания С-биомассы микроорганизмов в профилях почв (Рис. 1). В верхнем 0-10 см слое дерновой слоистой почвы отмечены минимальные значения биомассы микроорганизмов (34 мг С / 100 г почвы). В верхнем 0-5 см слое дерново-глеевато-среднеподзолистой почвы содержание С-биомассы было в 5,5 раз выше, чем в луговой почве. В нижележащих горизонтах резких различий между данными почвами по содержанию С-биомассы не отмечено.
Аллювиальные почвы характеризуются плавным снижением изученных микробиологических показателей вниз по профилю. Для профильного распределения показателей С-биомассы в дерново-глеевато-среднеподзолистой почве характерна значительная прижатость к верхним горизонтам и резкое уменьшение вниз по профилю. Это объясняется тем, что практически все микробное население подзолистых почв сосредоточено в верхнем 30-35 сантиметровом слое. Подавляющее большинство микроорганизмов обитает в лесной подстилке (А0) и в горизонте Аь а в подзолистом горизонте численность микроорганизмов резко снижена. Основная масса грибов сосредоточена в слое 0-15 см. Заметная дыхательная активность отмечается только до глубины 35 см [10, 11,12].
Пик численности микроорганизмов в подзолистых почвах отмечается ранним летом, к осени численность микроорганизмов постепенно снижается [11]. Таким образом, высокая биомасса микроорганизмов в дерново -глееватосреднеподзолистой почве, отмеченная в настоящем исследовании, по-видимому, является отражением раннелетнего максимума.
а
б
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
0-5 см 5-10 см 10-20 см 20-30 см 30-40 см 40-50 см
в
0 200 400 600 800
0-5 см 5-10 см 10-20 см 20-30 см
НСР(5%)=45,1
Рис. 1. Распределение С-биомассы (мг С/ 100 г почвы) в профилях исследованных почв: дерновой слоистой аллювиальной (а), луговой аллювиальной (б), дерново-глеевато-среднеподзолистой (в)
В исследовании, проведенном в пойме реки Сан Педро в Аризоне, было показано, что биомасса микроорганизмов тесно связана с вариациями микротопографии: более низко расположенные элементы рельефа получают больше питательных веществ и отличаются большей микробиологической активностью. И величина биомассы микроорганизмов в верхнем слое почвы теснее связана с уровнем паводка, чем биомасса в нижележащих горизонтах почвы [13]. Таким образом, увеличение степени гидроморфности пойменной почвы ведет к увеличению содержания микробной биомассы.
В процессе проведения данного исследования встал вопрос об оценке силы влияния таких факторов, как тип почвы и глубина взятия образцов на изучаемые показатели. С использованием дисперсионного анализа был рассчитан F-критерий для этих факторов и их взаимодействия. Наибольшее влияние на содержание С-биомассы микроорганизмов в пойменных почвах оказывает группа факторов, связанных с типом почвы ^с=16 при р<0,05). Достоверного влияния глубины по профилю почвы на С-биомассы в пойменных почвах установлено не было.
По возрастанию основных количественных параметров сообщества панцирных клещей - численностям и видовому богатству - 3 исследованные почвы располагаются в следующей последовательности: луговая почва (самая бедная)
- дерновая слоистая (занимающая среднее положение) - дерново-глеевато-среднеподзолистая (самая богатая). Последняя почва явно выделяется в этом ряду: по численности она богаче дерновой слоистой примерно в 4 раза, а луговой - в 8,5 раз. По видовому богатству дерново-глеевато-среднеподзолистая почва превосходит дерновую слоистую незначительно, а луговую превосходит почти вдвое.
Такие различия объясняются биологией панцирных клещей. Более всего эти организмы предпочитают влажные и богатые растительным опадом почвы (дерново-глеевато-среднеподзолистая почва). В более аридных условиях (дерновая слоистая почва) и в условиях периодического затопления (луговая почва) численность панцирных клещей и их видовое богатство снижаются.
Выявленные особенности изученных биолого-почвенных показателей (С-биомассы микроорганизмов и численности и видового богатства панцирных клещей) могут быть успешно использованы в практике экологического мониторинга пойменных и дерново-подзолистых почв в таежной зоне.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Добровольский Г.В. Почвы речных пойм центра Русской равнины / Г.В. Добровольский. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. - 295 с.
2. Никитина З.П. Численность и биомасса микроорганизмов в почвах поймы Нижнего Иртыша / З.И. Никитина, Ю.Н. Барыкова // Почвоведение. - 1982. - № 9. - С. 109-115.
3. Schinner F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
4. Методы почвенно-зоологических исследований. [под ред. М.С.Гилярова]. - М.: Наука, 1975. - 280 с.
5. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. -
367 с.
6. Шепелев А.И. Принципы эколого-хозяйственной оценки пойменных земель: почвенно-генетические аспекты / А.И. Шепелев, Л.Ф. Шепелева // Проблемы региональной экологии. Вып. 5.- Томск: Изд-во «Красное знамя», 1995. - 152 с.
7. Шраг В.И. Классификация пойменных почв и их краткая агромелиоративная характеристика / В.И. Шраг. - М.: Изд-во Росгипроводхоза, 1964. - 105 с.
8. Почвы Новосибирской области / [отв. ред. Р.В. Ковалев]. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние. 1966. - 422 с.
9. Андриевский В.С., Якутин М.В. Почвенно-биологические характеристики в мониторинге молодых экосистем северной тайги / ГЕ0-Сибирь-2010. Т.4. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология. Ч.2: сб. матер. VI Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2010». Новосибирск: СГГА, 2010. -С. 76-80.
10. Стенина Т.А. Микрофлора подзолистых почв северо-востока европейской части СССР / Т.А. Стенина // Современные процессы в подзолистых почвах северо-востока европейской части СССР. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1970. - С. 92-107.
11. Fritze H. Distribution of microbial biomass and phospholipid fatty acids in Podzol profiles under coniferous forest / H. Fritze, J. Pietikainen, T. Pennanen // European J. Soil Sci. - 2000.
- V. 51. - P. 565-573.
12. Сорокина О.А. Влияние сосняков разного возраста на биологическую активность залежных почв Среднего Приангарья / О.А. Сорокина, Н.Д. Сорокин // Почвоведение. -2007. - № 5. - С. 627-634.
13. Harms T.K. Hot spots and hot moments of carbon and nitrogen dynamics in a semiarid riparian zone / T.K. Harms, N.B. Grimm // J. Geophysical Res. - 2008. - V. 113. G01020.
©М.В. Якутин, В.С. Андриевский, А.И. Шепелев, 2013
