CC BY
103
УДК 631.483
ИЗМЕНЕНИЕ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ БАРАБЫ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природо-пользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
В статье анализируется распределение биомассы почвенных микроорганизмов по профилям наиболее типичных засоленных почв Барабинской равнины. Исследуется связь биомассы микроорганизмов с эволюцией засоленных почв. Делается вывод, что при увеличении степени засоления гидроморфных почв происходит резкое падение концентрации микробобиомассы. Это свидетельствует о значительной перестройке микробоценоза под воздействием высоких концентраций солей в почвенном профиле.
Ключевые слова: Барабинская равнина, почвы, засоление, эволюция, биомасса микроорганизмов, динамика.
VARIATION OF MICROBIOMASS DURING THE PROCESS OF NATURAL EVOLUTION OF SALINE SOILS OF THE BARABA
Mikhail V Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, ScD, assistant professor. senior researcher in biogeocenology laboratory; Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and wildlife management, tel. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
In the article the distribution of soil microbiomass in the profiles of the most typical saline soils of the Baraba plain is analyzed. The link of changes in the biomass of microorganisms with the evolution of saline soils is explored. It is concluded that with increasing degree of salinization of hydromorphic soils to a very high there is a sharp decline in the concentration of microbiomass. This demonstrates the significant restructuring of soil microbiocoenosis under the influence of high concentrations of salts in the soil profile.
Key words: Baraba plain, soil, salinization, evolution, microbial biomass, dynamic.
Засоленными называются почвы разного генезиса и свойств, содержащие в своем профиле легкорастворимые соли в количествах, токсичных для сельскохозяйственных растений. Засолённые почвы наиболее типичны для территорий сухих степей и пустынь, но встречаются также в степной, лесостепной и таежно-лесной зонах [1]. Засоленность почв оценивается по следующим показателям: содержанию солей, их составу, глубине расположения верхней кровли солевого горизонта, а также по
распределению солей в почвенном профиле и мощности солевого профиля [2].
В настоящее время установлено, что засоление - одно из наиболее стрессирующих условий окружающей среды для почвенных микроорганизмов [3]. Для засоленных почв характерны специфические микробные сообщества [4]. В солонцовом и подсолонцовом горизонтах солонцов разнообразие бактерий резко снижено и выделяются лишь галотолерантные виды родов Bacillus и Streptomyces [5, 6].
При изучении микробиологической активности в аридных засоленных почвах было показано, что при увеличении уровня засоления снижается С-биомассы микроорганизмов. Также при засолении уменьшается С/N-отношение в микробной биомассе, что свидетельствует о доминировании бактерий в микробной биомассе в засоленных почвах [7].
При изучении влияния солености почв при рН=3,85-4,55 на микробную биомассу было показано, что засоление оказывает сильное влияние на С-биомассы микроорганизмов. В почвах значительно увеличивается количество бактерий и снижается количество грибов [3]. Основную роль в трансформации органического вещества в засоленных почвах играют бактерии [8].
Несмотря на значительный интерес почвенных микробиологов к исследованию засоленных почв [9, 10], до настоящего времени не решен вопрос о величинах С-биомассы микроорганизмов в различных засоленных почвах Барабинской равнины.
Цель настоящего исследования, проведенного в Чулымском районе Новосибирской области, состояла в изучении особенностей распределения биомассы микроорганизмов по профилям пяти наиболее типичных засоленных почв Восточной Барабы.
В качестве объектов исследования были выбраны почвы, наиболее характерные для Барабинской равнины: солончак луговой, солонец корковый, почва луговая солонцеватая, солонец глубокий, почва лугово-болотная солончаковатая. Все почвы расположены в районе с. Кабинетного Чулымского района Новосибирской области. Почвы находятся на двух пересекающихся естественных катенах. Элювиальную позицию катен занимает солонец глубокий. На первой катене в аккумулятивной позиции находится солончак луговой, выше него по катене на второй транзитной позиции - солонец корковый, а еще выше на первой транзитной позиции -почва луговая солонцеватая. Лугово-болотная солончаковая почва занимает аккумулятивную позицию второй катены. Все почвы находятся под луговой растительностью. Все луга на изученных почвах являются средне продуктивными (хозяйственный урожай 8-9 ц/га) и используются в качестве сенокосов и пастбищ.
Эволюция почв Барабинской равнины протекает на фоне постепенного обсыхания территории и направлена в сторону снижения гидроморфности, остепнения фитоценозов и трансформации засоленных и осолоделых почв в черноземы. В географическом плане по мере усиления аридности климата
2
доля луговых и болотных почв постепенно сокращается, а солонцов, солончаков и лугово-черноземных почв, соответственно, возрастает [11]. Поэтому исследованные нами почвы можно представить в виде условного генетического ряда от гидроморфных (лугово-болотная солончаковатая, солончак луговой, солонец корковый) к полугидроморфным почвам (луговая солонцеватая и солонец глубокий).
В данном исследовании проводится анализ средних значений изученных параметров (7 сроков наблюдения в течение 3 лет: май, июль, октябрь 1997 г.; май, июль 1998 г.; июнь, август 1999 г.). Сроки отбора образцов выбирались таким образом, чтобы охватить различные климатические периоды и, таким образом, полученные среднемноголетние оценки изученных показателей являются репрезентативными. Образцы для микробиологического анализа отбирались по общепринятой методике [12]. В почвенных образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации [13]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [14,15].
Наибольшее содержание С-микробобиомассы отмечается в верхнем (010 см) слое наиболее влагообеспеченной почвы - солонца коркового (109 мг С/ 100 г почвы) (рис. 1). Несколько меньше С-биомассы была в верхнем слое лугово-болотной солончаковой почвы (99 мг С/ 100 г). Содержание С-биомассы в верхнем надсолонцовом горизонте почвы луговой солонцеватой и солонца глубокого оказалось в 1,6 раза ниже, чем в верхнем слое солонца коркового. В слоях 10-20 и 20-30 см солонца глубокого, луговой солонцеватой и лугово-болотной солончаковой почв различия в содержании С-микробобиомассы оказались незначимыми.
Минимальная концентрация С-биомассы (11 мг С/ 100 г почвы) отмечено в верхнем (0-5 см) слое солончака лугового, что в 10 раз меньше, чем в солонце корковом. В более глубоких слоях почвы различия между солонцом корковым и солончаком луговым становятся еще значительнее. В слое 5-10 см содержание С-биомассы в солончаке луговом оказалось в 14 раз, а в слое 10-20 см - в 22 раза ниже, чем в солонце корковом.
Наибольшее влияние на величину С-биомассы микроорганизмов в засоленных почвах оказывают две группы факторов: связанные с конкретной почвой и с глубиной по профилю (рис. 2). Влияние срока отбора образцов на содержание С-биомассы оказалось незначимым. Т.е. характер засоления почвы и степень ее влагообеспеченности являются важнейшими факторами, влияющими на концентрацию микробобиомассы в почве в целом и в различных ее горизонтах.
Таким образом, засоление является мощным фактором, влияющим на распределение биомассы микроорганизмов по профилям засоленных почв. Наряду с фактором засоления, большое влияние на все изученные микробиологические показатели оказывает влагообеспеченность почв. При высокой степени влагообеспеченности и средней степени засолении (лугово-
болотная солончаковая почва) уровень микробобиомассы относительно высок.
г)
в)
0-5 см 5-10 см 10-20 см
20-30 см
70
140
70
140
0-5 см 5-10 см 10-20 см
20-30 см
30-40 см
40-50 см
д)
0-5 см 5-10 см 10-20 см
20-30 см
70
140
НСР(5%)=16,1
Рис. 1. Профильное распределение С-биомассы (мг С/ 100 г почвы) в исследованных засоленных почвах Восточной Барабы:
а) солончаке луговом; б) солонце корковом; в) почве луговой солонцеватой; г) солонце глубоком; д) почве лугово-болотной солончаковой
0
0
0
20
10
А
В С АВ АС ВС
0
Рис. 2. Значения F критерия для различных факторов, влияющих на С-микробобиомассы в исследованных засоленных почвах Восточной Барабы (А - конкретная почва, В - слой почвы, С - срок отбора образцов,
АВ, АС,
ВС - взаимодействие факторов; *- р<0,05; **- р<0,01).
При переходе от гидроморфных к полугидроморфным почвам и частичного рассоления почвенных профилей в процессе обсыхания территории наблюдается некоторое снижение содержания С-биомассы. При увеличении степени засоления гидроморфных почв до очень высокой (луговой солончак) происходит резкое падение концентрации микробобиомассы. Это свидетельствует о значительной перестройке почвенного микробоценоза под воздействием высоких концентраций солей в почвенном профиле.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Панкова Е.И. Генезис засоления почв пустынь (на примере Монголии и Средней Азии) / Е.И. Панкова. - М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 1992. - 136 с.
2. Sardinha M. Microbial performance in soils along a salinity gradient under acidic conditions / M. Sardinha, T. Mulle, H. Schmeisky, R.G. Joergensen // Applied Soil Ecology. -2003. - V. 23. - P. 237-244.
3. Зенова Г.М. Галофильные и алкалофильные стрептомицеты засоленных почв / Г.М. Зенова, Г.В. Оборотнов, Ж. Норовсурэн, А.В. Федотова, Л.В. Яковлева // Почвоведение. - 2007. - № 11. - С. 1347-1351.
4. Зенова Г.М. Солончаки - местообитание галофильных и алкалотолерантных стрептомицетов / Г.М. Зенова, Г.В. Оборотнов, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. - 2005. -№ 11. - С. 1341-1344.
5. Семионова Н.А. Структурно-функциональное разнообразие бактериальных комплексов различных типов почв / Н.А. Семионова, Л.В. Лысак, М.В. Горленко, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. - 2002. - № 4. - С. 453-464.
6. Yuan B.-C. Microbial biomass and activity in salt affected soils under arid conditions / B.-C. Yuan, Z.-Z. Li, H. Liu, M. Gao, Y.-Y. Zhang // Applied Soil Ecology. - 2007. - V. 35. -P. 319-328.
7. Zahran H.H. Diversity, adaptation and activity of the bacterial flora in saline environments / H.H. Zahran // Biol. Fertil. Soils. - 1997. - V. 25. - P. 211-223.
8. Якутин М. В., Анопченко Л. Ю. Современные микробиологические методы в геоэкологическом мониторинге молодых почв озерных депрессий Барабы // ГЕО-Сибирь-2005. Науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). -Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 5. - С. 114-118.
9. Якутин М.В. Биомасса микроорганизмов в почвах, формирующихся в обсыхающих поймах соленых озер Барабы / М.В. Якутин, Л.Ю. Анопченко // Сибирский экологический журнал. - 2007. - № 5. - С. 817-822.
10. Курачев В.М. Засоленные почвы Западной Сибири / В.М. Курачев, Т.Н. Рябова.
- Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1981. - 152 с.
11. Методы почвенной микробиологии и биохимии / И.В. Асеева [ и др.]; под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. - 303 с.
12. Schinner F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
13. Плохинский Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970.
- 367 с.
14. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. -Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
© М. В. Якутин, 2014
