CC BY
11
УДК 631.427+591.9
1 12 3
В.С. Андриевский , М.В. Якутия ' , Ч. Лхагвасурен 1ИПА СО РАН, Новосибирск СГГА, Новосибирск Ховд ГУ, Ховд, Монголия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В МОНИТОРИНГЕ РАВНИННЫХ ПОЧВ ЗАПАДНОЙ МОНГОЛИИ
1 12 3
V.S. Andrievsky , M.V. Yakutin ' , Ch. Lhagvasuren 1Institute of Soil Science and Agrochemistry (ISSA) 18 Sovetskaya Ul., Novosibirsk, 630099, Russian Federation 2Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation 3Hovd State University (HovdSU) Hovd, Mongoliya
THE USE OF SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN MONITORING OF PLAIN SOILS IN WESTERN MONGOLIA
The purpose of the present research is the study of transformation peculiarities of the main components of destruction link of a biological turnover in the series of plain soils in Depression of Large lakes in Western Mongolia. There is a change of soil microbial biomass and both number and species composition of oribatid mites in this soils series during the drying lakes process.
Чрезмерная деградация экосистем под воздействием различных антропогенных и природных факторов - опустынивание - наиболее ярко проявляется в аридных регионах Внутренней Азии. Еще в XIX веке этот процесс получил название «усыхание Азии». В настоящее время антропогенные нагрузки на природные комплексы Монгольских равнин быстро возрастают, и все более актуальными становятся проблемы поиска надежных и относительно простых методов мониторинга экосистем сухих степей и полупустынь. Именно эти экосистемы наиболее подвержены процессам опустынивания [1].
В настоящее время основные методы мониторинга аридных экосистем основаны на анализе состояния надземных частей высших растений. Но использование этих методов после палов, на сбитых пастбищах и в периоды прогона скота не всегда оправдано.
В подземном блоке экосистемы находятся запасы живых и мертвых корней и масса организмов-деструкторов. Состояние и метаболическая активность организмов-деструкторов тесно связаны с состоянием продукционного блока экосистемы (в основном с состоянием высшей растительности) [2].
Цель данного исследования состояла в оценке применимости почвенно-зоологических и почвенно-микробиологических методов для целей мониторинга экосистем в зоне полупустынь. Для этого были изучены особенности распределения биомассы почвенных микроорганизмов и характеристики ее метаболической активности, а также распределения видов
панцирных клещей и их численностей в профилях основных типов почв в зоне полупустынь Западной Монголии.
На территории Озёрных равнин Западной Монголии - одной из самых засушливых областей Центральной Азии - преобладают бурые полупустынные почвы. По берегам озер встречаются гумусово-гидрометаморфические почвы, а между бурыми полупустынными и гумусово-гидрометаморфическими почвами по берегам озер находится пояс солончаков.
Объекты исследования были выбраны во время совместной российско-монгольской экспедиционной поездки в Ховдском аймаке Республики Монголия в конце июля 2006 г. вблизи озера Хара-Ус-Нур: три почвы, находящиеся на естественной катене и являющиеся характерными для зоны полупустынь. Характеристика исследованных экосистем приведена в таблице 1.
В образцах определялась влажность почвы, содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов методом фумигации-инкубации (С-биомассы). Дыхательная активность комплекса почвенных микроорганизмов оценивалось по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной в течение одних суток в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 240С и влажности 60% от полной влагоемкости [3]. В данной работе вычислялся также показатель удельной активности почвенного микробоценоза - метаболический коэффициент (Р), как отношение величины С-СО2, выделившегося из почвы за 1 час к величине С-биомассы микроорганизмов (мкг С-СО2 /мг С-биомассы в час) [4].
Таблица 1
№ п/п Высота над уровнем моря Почва Экосистема Проективное покрытие (%) Высота растений (см)
1 1157 Гумусово-гидрометаморфическая типичная Осоково-разнотравный мезофитный луг 100 5-20
2 1162 Солончак типичный Разреженный кустарниково- 10 20-50
чиевыи луг
Кустарниково-
3 1168 Бурая типичная щебнистая разнотравное полупустынное сообщество 10 5-50
Одной из наиболее важных размерно-функциональных групп почвообитающих животных являются коллемболы и панцирные клещи (орибатиды). Их численности в некоторых типах почв достигают сотен тысяч и даже миллионов экземпляров на квадратный метр. Они влияют на рост и активность микроорганизмов, а также на видовой состав и структуру микробных сообществ [5]. Для анализа населения панцирных клещей отбирались почвенные пробы стандартным цилиндрическим 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 [6]. Статистическая обработка полученных результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [7].
Влажность бурой типичной щебнистой почвы (почва 3) в момент отбора образцов была очень низкой (0,6-1,4 %). В почвах гидроморфного ряда (солончак типичный (почва 2) и почва гумусово-гидрометаморфическая
типичная (почва 1) влажность оказалась, в общем, значительно выше (до 20,9 %).
Запасы С-биомассы были максимальными в верхних горизонтах почвы 1 (Р.1) и резко снижались вниз по профилю (рис. 1). С-биомассы в верхних слоях в почве 2 (Р.2) и в почве 3 (Р.3) был в 13-42 раза ниже, чем в верхних горизонтах почвы 1 . Снижение данного показателя вниз по профилям почвы 2 и почвы 3 было постепенным.
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 Б критерий для этих факторов и их взаимодействия.
Влияние факторов, определяемых типом почвы и глубиной отбора образцов, оказалось сильным и достоверным (рис. 1, Б). Но наиболее значительным, как и следовало ожидать, оказалось влияние типа почвы.
Р. 1
Р. 2
20 40 60 80
20 40 60 80
0-10 см 10-20 см 20-30 см 30-49 см
0-10 см 10-20 см 20-30 см 30-40 см 40-50 см
Р. 3
Б
0-10 см 10-20 см 20-35 см
20 40 60 80
70 60 50 40 30 20 10
А В АВ
0
0
0
0
НСР(5%) = 9,3
Рис. 1. Содержание углерода в биомассе микроорганизмов в профилях исследованных почв (мг С / 100 г почвы) (Р. 1, Р.2, Р.3) и значения Б критерия для различных факторов, влияющих на С-микробобиомассы (А - тип почвы, В -глубина по профилю почвы, АВ - взаимодействие факторов; *** - р < 0,001)
Максимум дыхательной активности был зафиксирован в верхнем (0-10 см) слое почвы 1, и данный показатель резко снижался вниз по профилю. При продвижении от почвы 1 к почве 2 дыхательная активность резко снижалась: в 16 раз в слое 0-10 см и в 8 раз в слое 10-30 см. При переходе от почвы 2 к почве 3 дыхательная активность увеличивалась в 4 раза в слое 0-10 см и в 4 раза в слое 10-20 см.
При оценке силы влияния на дыхательную активность факторов, определяемых типом почвы и глубиной по профилю, оказалось, что оба эти фактора оказывают сильное влияние на данный показатель. Но сила влияния фактора, определяемого типом почвы, оказалась наибольшей.
Максимальная удельная активность (Р) была отмечена в нижних горизонтах (10-35 см) почвы 3 и снижалась вверх по профилю этой почвы. В слое 0-10 см почвы 3 Р был в 1,9 раза ниже, чем в слое 10-35 см этой же почвы. В почве 2 отмечено общее снижение данного показателя по сравнению с почвой 3. Минимальные значения метаболического коэффициента отмечены в верхнем (0-10 см) слое почвы 1 (в 4,3 раза ниже, чем в почве 3).
При оценке силы влияния факторов, определяемых типом почвы и глубиной по профилю, на удельную активность оказалось, что только влияние комплекса факторов, связанных с типом почвы достоверное и значимое.
При обследовании катенного профиля с целью выявления населения панцирных клещей всего было обнаружено 3 вида (табл. 2). Малое видовое богатство, по-видимому, объясняется одноразовым обследованием. Тем не менее, определенные выводы по населению панцирных клещей в исследуемом профиле можно сделать.
Таблица 2. Население панцирных клещей (орибатид) в экосистемах катены в
2
полупустынной зоне Западной Монголии (в экз./ м )
Вид Почва
1 2 3
Oribatula pallida Banks, 1906 1 200 — —
Tectocepheus velatus (Michael, 1880) 40 120 —
Bipassalozetes cf. lineolatus (Sitnikova, 1975) - 80 —
Всего 1 240 200 —
В почве 1, где наибольшие в пределах профиля увлажнение и запас корней, численность панцирных клещей в 6 раз превышает численность в следующей по степени увлажнения экосистеме (почва 2). В почве 2 также увеличивается концентрация солей. В наиболее сухой почве 3 орибатиды не найдены. В наиболее населенной экосистеме (в почве 1) численность определяется практически одним видом - Oribatula pallida, видимо, наиболее влаголюбивым видом в пределах изучаемого профиля, так как заселяя почву 1 с большой плотностью, в более сухих почвах он не встречен совсем. Второй вид -Tectocepheus velatus, обнаружен в двух более увлажненных местообитаниях (почве 1 и почве 2), видимо, являясь здесь относительно влаголюбивым. Третий вид (Bipassalozetes cf. lineolatus) встречен только в почве 2, занимающей промежуточное положение по степени увлажнения между почвами 1 и 3. Два последних вида, в отличие от Oribatula pallida, встречены в малых количествах.
В целом, обследование показало, что население панцирных клещей катенного профиля полупустынной зоны Западной Монголии достаточно бедно как по численности, так и по видовому богатству.
Таким образом, в результате проведенного исследования показано, что при переходе от гумусово-гидрометаморфической типичной почвы, находящейся в нижней позиции катены, к солончаку типичному, происходит резкое уменьшение биомассы микроорганизмов и дыхательной активности, но удельная активность микробобиомассы увеличивается. При переходе от солончака типичного к бурой типичной щебнистой почве, биомасса микроорганизмов увеличивается незначительно, но происходит увеличение и базального дыхания, и удельной активности микробобиомассы. Так, что уровень удельной активности относительно небольшой биомассы бурой типичной щебнистой почвы оказывается значительно выше удельной активности относительно большой биомассы гумусово-гидрометаморфической типичной почвы.
Численность панцирных клещей при переходе от гумусово-гидромета-морфической типичной почвы к солончаку типичному и далее к бурой типичной щебнистой почве снижается практически до нулевых значений.
По аридным экосистемам имеются отдельные данные, демонстрирующие тесную взаимосвязь панцирных клещей и микроорганизмов [8], но в данном исследовании распределение панцирных клещей по профилю катены коррелирует с содержанием углерода в биомассе микроорганизмов только в
почвах 1 и 2. В бурой полупустынной почве (почва 3) роль панцирных клещей в процессах разложения, по-видимому, минимальна.
Все это свидетельствует о значительной перестройке деструкционного звена биологического круговорота, основой которого является зоомикробный комплекс (почвенные микроорганизмы и панцирные клещи), в катенном ряду почв в зоне полупустынь Западной Монголии. При усилении ксероморфности почв все большую роль в процессах деструкции органического вещества начинают играть почвенные микроорганизмы.
Таким образом, почвенно-микробиологические и, в некоторых случаях, почвенно-зоологические методы могут успешно использоваться в практике экологического мониторинга равнинных почв в зоне полупустынь.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гунин П.Д., Микляева И.М. Современные процессы деградации и опустынивания экосистем восточного сектора степей и лесостепей // Современные глобальные изменения природной среды. В 2-х томах. Т. 2. - М.: Научный мир, 2006. - 776 с.
2. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник, 3-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 445 с.
3. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учебное пособие - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.
4. Anderson T.H., Domsch K.H. // Biol. Fert. Soil. 1985. V. 1. № 5. P. 81-89.
5. Бызов Б.А. Зоомикробные взаимодействия в почве. - М.: ГЕОС, 2005. - 228 с.
6. Методы почвенно-зоологических исследований. - М.: Наука, 1975. - 206 с.
7. Плохинский И.А. Биометрия. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 358 с.
8. Santos F., Withford W.J. // Ecology. 1981. V. 62. № 3. Р. 654-663.
© В.С. Андриевский, М.В. Якутия, Ч. Лхагвасурен, 2009
