CC BY
3УДК 631.47
К ИЗУЧЕНИЮ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОРНО-ЛЕСНЫХ
ЖЕЛТОЗЕМНЫХ ПОЧВ
ШАХЛА ДЖАФАРОВА
Доктор философии по аграрным наукам, доцент, ведущий научный сотрудник, Институт Почвоведение и агрохимии, Лаборатория Биологии почв.
Баку, Азербайджан.
Аннотаци:. Горно-лесные желтоземные почвы распространены в Ленкоранской зоне под дубово-грабово-железняковыми лесами в условиях резко расчлененного рельефа и влажного субтропического климата. Особенностью климата данного региона является обильно выпадающие осадки 900-1300 мм со среднегодовой температурой воздуха 14,1-14,3оС. Гидротермические условия и характер растительного покрова влияют на запасы подстилки его трансформацию в гумусовые вещества. Избыточное увлажнение и оптимальная температура обеспечивает в течение года участие биологических факторов в разложении и гумификации остатков фитомассы. Несмотря на достаточно кислую и слабокислую реакцию среды 3,5-5,5-6,5. Годовая активность почвенной биоты осуществляется за счет адаптивных механизмов приспособления микробиоты и почвенных организмов к этим экологическим условиям. Поэтому, исследование биологической активности горно-лесные желтоземных почв сравнительно-экологического подходом имеет важное значение в изучении роли биологических агентов почвообразования естественных ценозах лесного и Ханбуланчайского биотопов.
Ключевые слова: почва, биотоп, биота, температура, влажность.
Введение. Эко-климатические условия определяет характер протекающих в почвах биологических процессов. При этом большое значение имеет исследования взаимосвязи биологических процессов местными гидротермическими условиями формирования почв. Изучение биологической активности горно-лесных желтоземных почв распространенных во влажной субтропической зоне. Это один из фрагментов исследования почв Азербайджана характеризующий вертикальную их зональность. Благодаря такому подходу, можно изучать биологическую активность почв развивающиеся в аридных или полувлажных природных условиях и сравнительно сопоставить полученные результаты. Поэтому, изучение биологических особенностей почв влажных субтропиков и в частности горно-лесной желтоземной почвы приобретает важное научное значение для разъяснения характерных особенностей почвообразования и их генезиса.
Среди особенностей климата являются обильно выпадающие атмосферные осадки 2001300 мм, промывной режим, мягкая зима и сухое лето. Среднегодовая температура воздуха изменяется между 14,1 -14,3оС.
Геоморфологические условия распространения оказывают и степень увлажненностью исследуемых почв. Горно-лесная желтоземная почва в основном увлажняется атмосферными осадками, часть которых уносится боковым стоком. Однако, повышенная увлажненность приводит к развитию подзолообразовательного процесса и поверхностного глееобразования. Основной почвообразующей породой горно-лесной желтоземной почвы является грубообломочная желтоземная кора выветривания осадочных пород характерными особенностями, которых является высокая оглиненность, скелетность, обогащенность полуторными окислами повышенная емкость поглощения и бескарбонатность.[1; 9]
Большое количество выпадающих осадков и умеренная температура вызывают значительную увлажненность растительных остатков и изменение его морфологического состояния. В результате нарушается тканевая структура опада, из нее вымывается кальций и магний происходит накопление кремнезема, железа и алюминия.
Избыточное увлажнение, кислая и слабокислая реакция 3,2-5,5-6,5 водной суспензии вызывает некоторую заторможенность биотического превращения подстилки, но поскольку процесс минерализации протекает в течение длительного периода, то происходит значительная трансформация растительного опада. Вследствие интенсивного микробиологического разложения накопившихся остатков фитомассы образующиеся первичные гумусовые вещества, активно вымываются и не образуют мощных гумусовых горизонтов. Поэтому, как указывается в литературе в развитии почвообразовательного процесса горно-лесных желтоземных почв, также как и в других почвах желтоземного ряда, главная роль принадлежит фульвокислотам, которые образуют совместимость с щелочи земельными основаниями и полуторными кислотами растворимые соли и комплексные органо-минеральные соединения подвижные при кислой и слабокислой реакциях [1].
Таким образом, специфические экологические условия окружающей среды в зоне влажных субтропиков Ленкоранской области в ряду горно-лесных желтоземно-псевдо оподзолённых-желтоземно-глеевых почвах обуславливают разнохарактерное воздействие биологических факторов почвообразования на физико-химические, морфо-генетические показатели этих почв. Адаптированная к этим условиям почвенная микрофлора и мезо микрофауна обуславливает совместное участие в разложении, гумификации растительных остатков и трансформацию заключенной в ней энергии по отдельным блокам экологической пирамиды. Анализируя литературные источники, становится очевидным, как уделяется большое внимание на изменение некоторых агрофизических, свойств водного режима, микробного разнообразия, элементного состава и структуры гуминовых кислот некоторых типов почв, в том числе и дерново-подзолистой почвы под влиянием экологических и антропогенных факторов. Типы растительного покрова (т.е. лес, лесопастбищные угодья и пастбища) сильно определяют свойства почвенных органических и почвенных минеральных слоев горно-лесопастбищной мозаики. Большинство свойств подстилки и почвы (особенно при глубине почвы 0-10 см по сравнению с глубиной почвы 10-20 см) существенно различались в зависимости от наземного покрова, при этом наиболее высокие значения измеренных параметров наблюдались преимущественно в лесной экосистеме. Подтверждая нашу гипотезу, под лесом увеличились показатели биологической активности, плодородия почвы и питательных веществ. [3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12]
Как видно, подзолистые почвы и их отдельные свойства продолжают оставаться важным объектом научного исследования. Характерным диагностическим показателем для морфологии горно-лесных желтоземных почв и их псевдо оподзолённых и глеевых подтипов является присутствие в горизонте А и В марганцево-железистых образований в виде примазок, пятен, а на поверхности признаков глееобразования. Другим важным показателем является уменьшение в составе гуминовых кислотах содержания углерода и заметное повышение содержания водорода [8,9]. Все эти показатели свидетельствуют о напряженном участии биологических факторов в почвообразовании и определяют характерные особенности гумусообразования в почвах желтоземного ряда [1].
Если учесть, что горно-лесные желтоземные почвы как один из доминирующих типов Ленкоранской области и отдельные их подтипы распространены в однотипной влажной, субтропической биоклиматической зоне, то вполне целесообразным и необходимым является изучение биологической активности горно-лесных желтоземных почв.
Следует отметить, что ранее проводились исследования определяющее значение биологических и экологических факторов в почвообразовании желтоземных почв Ленкоранской области [7]. Однако, в дальнейшем эти исследования носили более системный характер. Участие биологических агентов (микроорганизмов, беспозвоночных животных) в почвообразовании горно-лесных желтоземных и других типов почв полувлажных и влажных субтропиков Азербайджана оценивалась с энергетических позиций [8]. При этом исследования охватывали как природные, так и антропогенные измененные биотопы.
Объект и методы исследования. Полевые работы проведены в весенне-летние периоды 2022 и 2023 гг. в широколиственных лесах, пастбищах и долинах региона. Исследование биологической активности проводились на примере горно-лесной желтоземной почвы, которые являются типичными представителями почв, влажных субтропиков Ленкоранской области. Основными объектами наших исследований были естественные биотопы под лесной растительностью и вблизи Ханбуланчайского озера. На выбранных биотопах вначале проводились визуальные наблюдения. Растительность лесного биота состояла в основном из древесных пород (некоторые из них, таких как железное дерево, ленкоранская шелковая акация, рододендрон являются эндемичными) и травянистого подлеска. Доминирующий растительностью вокруг Ханбуланчайского озера является кустарниковая (дзельква, мушмула, кизил и др.).
На выбранных участках в 0-10 см; 10-20 см горизонтах изменялась температура (термометром Савинкова), а также отбирались почвенные пробы для определения в них общей влажности (влажность определялась весовым методом).
Потерю от прокаливания почвы определяли в лабораторных условиях в муфельной печи при ^ 950оС. Основные методические указания по отдельным проводимым анализам обобщены в литературе [2].
Для более детального уточнения общих закономерностей биологических процессов, некоторые показатели также как СО2, которые связаны с общим дыханием почвенной микробиоты, использовались из литературных источников (С.А. Алиев, 1978). Проводимые анализы позволят исследовать характерные особенности участия, биологических факторов гумусообразовании, а также ритмичных сезонных фаз биологических процессов в изучаемых почвах.
Обсуждение результатов. Изучение особенностей каждой из сезонных фаз почвообразования и закономерностей их смены, на протяжении годичного цикла в связи с местными условиями создания почв, приобретает важное значения для разъяснения участия биологических факторов в формировании морфогенетического профиля конкретных типов почв.
Нами на примере горно-лесных желтоземных почв изучены сезонные фазы биологических процессов. Анализируя, полученные результаты нами выделены пять, фаз биологической деятельности и которые обобщены на рисунке - 1.
1) фаза слабой биологической деятельности - ^ 5оС; влажность 35%; концентрация СО2-0,1%.
2) фаза оживления биологической деятельности - ^ 10оС; влажность 20%; концентрация СО2-0,2%.
3) фаза активной биологической деятельности - ^ 15оС; влажность 25%; концентрация СО2-1,2%.
4) фаза очень активной биологической деятельности - ^ 25оС; влажность 30%; концентрация СО2-2,0%.
5) фаза депрессии биологической деятельности - ^ 20оС; влажность 15%; концентрация С02-0,3%.
Как видно из этих данных наиболее приемлемым для активной биологической деятельности является показатели третьей и четвертой фаз. Другим важным вопросом, который связан, с биологическими процессами является выяснения соотношения минеральной и органической частей изучаемой почвы. Проведенные анализы по прокаливанию почвенных образцов взятых из естественных биотопов, показали, что почвенные пробы лесного биотопа по сравнению с Ханбуланчайским биотопом больше насыщены органическим веществом соответственно 12,5-22% и 8-17%. В тоже время почвенные пробы Ханбуланчайского биотопа по сравнению с лесным биотопов значительно больше содержат минеральную часть соответственно 92-83% и 87,5-78%.
л -
в-
sS
a
^
н sS
5Г =
I
i
S =
■s
с =
I
pa
Концентрация СО 2 в почвенном воздухе в объёмных,%
Условные обозначения:
X-температура; ©-влажность; #-СО2
1-кривая слабой биологической деятельности
2-кривая оживления биологической деятельности
3-кривая активной биологической деятельности
4-кривая очень активной биологической деятельности 3-кривая секреации биологической деятельности
Рис. 1. Динамика биологических процессов в зависимости от изменения показанной температуры, влажности и СО2 почвы.
Продуктивность лесных экосистем во многом определяется активностью почвенных сапрофагов, поскольку основная часть потока энергии направлена по детритной пищевой цепи. Мощность потока мертвого органического вещества, поступающего в почву, достигает не менее 95% от общего количества органического вещества, ассимилированного продуцентами. Дождевые черви обеспечивают закрепление углерода в почве двумя основными путями: гумусообразованием в результате трофической деятельности и переносом углерода с поверхности почвы в нижние горизонты в процессе их активной роющей деятельности. При отсутствии дождевых червей и других крупных сапрофагов деструкция растительного опада осуществляется микроорганизмами и сапротрофной мезо и микрофауной, не способной к переносу углерода в минеральные горизонты почв. Кроме того, в процессе микробного дыхания происходит эмиссия углекислого газа, что ведет к потерям углерода, а не закреплению его в почве. В современных исследованиях глобальной динамики углерода в наземных экосистемах приводятся противоречивые оценки влияния дождевых червей на аккумуляцию углерода в почве. На глубине 0-10 см под лесом обнаружено значительно большее количество мелкокорневой биомассы, чем под экотоном и пастбищным покровом. Тогда как на глубине 10-20 см биомасса мелких корней существенно различалась и располагалась в порядке лес > долина ~ пастбищные угодья. Самая высокая активность дождевых червей (т.е. численность и биомасса) наблюдалась под лесным, экотонным и пастбищным покровами (Рис. 2). На основании тепловых функциональных
показателей почв под разным растительным покровом лесные экосистемы создали горячие точки плодородия почв и биологической активности на исследуемой территории.
Пдч - Плотность дождевых червей; Бдч - Биомасса дождевых червей Рис. 2. Вклад подстилочных (синий цвет), почвенно-подстилочной (желтый цвет) и эндогейной (белый цвет) плотности и биомассы дождевых червей под разными почвенными покровами.
Исследование автора подтверждает основные принципы и зависимости почвенно-биологического функционирования и влияние изменений земного покрова. Результаты показывают, что показатели плодородия почвы, а также обилие и жизнеспособность почвенной биоты улучшаются в лесных экосистемах. Эта связь имеет фундаментальное значение, поскольку влияет на биогеохимию биогенных веществ, судьбу органических соединений углерода и общего содержания азота в уязвимых горных экосистемах. Лесные покровы можно рассматривать как горячие точки круговорота питательных веществ в горно-лесопастбищных системах. Можно сделать вывод, что древесный покров играет важную роль в обеспечении функций почвы, что следует учитывать при восстановлении деградированных горно-пастбищных экосистем.
Выводы. На основе полученных данных для горно-лесных желтоземных почв выделены пять фаз биологической деятельности.
1. фаза слабой биологической деятельности
2. фаза оживления биологической деятельности
3. фаза активной биологической деятельности
4. фаза очень активной биологической деятельности
5. фаза депрессии биологической деятельности
На глубине 10-20 см биомасса мелких корней существенно различалась и располагалась в порядке лес > долина ~ пастбищные угодья. Самая высокая активность дождевых червей (т.е. численность и биомасса) наблюдалась под лесным, экотонным и пастбищным покровами. Более высокое содержание углерода в лесной почве по сравнению с другими изученными почвенными покровами является следствием более высоких поступлений подстилочной массы, особенно в поверхностные слои.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алиев, С.А. Экология и энергетика биохимического превращения органического вещества почв. Азербайджан, Баку «Элм», 1978, 258 с.
2. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Московский Государственный Университет, Россия, Москва. 1970. 487 с.
3. Алиева, Б.Б. Содержание гумуса в почвах Ленкоранской низменности. Ж. Бюллетень науки и практики, № 6, Россия, 2022.
4. Бабаев, М.П., Гасанов, В.Х., Джафарова, Ч.М., Гусейнова, С.М. Морфогенетическая диагностика, номенклатура и классификация почв Азербайджана. Баку. 2011. 452 с.
5. Васбиева, М.Т., Завьялова, Н.Е., Шишков, Д.Г. /Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при длительном применении азотных, фосфорных и калийных удобрений в условиях Предуралья. Журнал .Почвоведение, №11, 2022, с. 14-15.
6. Борисов, А.В., Демкина, Т.С., Каширская, Н.Н., Хомутов, Т.Э., Чернышева, Е.В./Биологическая память почв об изменениях условий почвообразования и антропогенной деятельности в прошлом: микробная и ферментативная составляющие. Журнал Почвоведение, №4, 2021, с. 849.
7. Джафарова, Ш.З. /Взаимосвязь между микроорганическими и реакцией почвенной среды (рН) горно-лесных бурых почв естественных и культурных ценозов. Журнал Почвоведение и Агрохимии. Баку, «Элм», т.24, №1, 2019, с. 68-73.
8. Леднев, А.В., Дмитриев, А.В. /Современные почвообразовательные процессы и постагрогенных дерново-подзолистых почв Удмуртской республики. Журнал Почвоведение, №7, 2021, с. 884.
9. Мамедова, С.З. //Экологическая оценка и мониторинг почв Ленкоранской области Азербайджана. Баку, «Элм», 2006, 368 с.
10. Салаев, М.Э., Бабаев, М.П., Джафарова, Ч.М., Гасанов, В.Г. Морфогене-тические профили почв Азербайджана. Баку, «Элм», 2004, 202 с.
11. Смагин, А.В., Садовникова, Н.Б. /Температурный фактор водоудерживающей способности почв. Журнал Почвоведение, №11, 2022, с. 1378.
12. Rowell, D.L., Soil Science: Methods & Applications. 1st Edition. Longman Scientific & Technical; Wiley, Harlow, Essex, New York publ. 1994. UK London. 368 p. https://doi.org/10.4324/9781315844855\
13. Чернов, Т.И., Семенов, М.В. /Управление почвенными микробными сообществами: возможности и перспективы (обзор). Журнал Почвоведение №12, 2021, с.1506.
14. Samadov, P.A. Complexes and bioenergy of invertebrates in oil-polluted gray-brown soils of Absheron // International Journal of Advances in Applied Sciences. vol. 13, no. 1, 2024, pp. 141-147. https://doi.org/10.11591/ijaas.v13.i1
