CC BY
25
УДК 631.427
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ РЕКИ ТАЗ (ЯНАО)
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
Дмитрий Сергеевич Дубовик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат географических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: d_d@ngs.ru
Сергей Евгеньевич Худяков
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, бакалавр, тел. (383)361-08-86
Алииа Евгеиьевиа Шуклииа
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, бакалавр, тел. (383)361-08-86
Проведено исследование микробиологического состояния аллювиальной луговой почвы в среднем течении реки Таз в Ямало-Ненецком автономном округе. Выявлены особенности профильного распределения показателей биомассы микроорганизмов и ее метаболической активности в пойменной почве в сравнении с зональной тундровой почвой. Показано, что биомасса микроорганизмов и дыхательная активность в верхнем 0-10 см слое пойменной почвы достоверно ниже биомассы и дыхательной активности в верхнем слое тундровой гле-евой почвы. Делается вывод о возможности использования инструментальных почвенно-микробиологических методов в практике экологического мониторинга.
Ключевые слова: Ямало-Ненецкий автономный округ, Западно-Сибирская равнина, река Таз, аллювиальная почва, биомасса микроорганизмов, метаболическая активность, экологический мониторинг.
MICROBIOLOGICAL CHARACTERISTICS IN THE ECOLOGICAL MONITORING OF FLOODPLAIN SOILS IN THE TAZ RIVER (YANAD)
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademik Lavrentiev Prospect, D. Sc., assistant professor, senior researcher of laboratory of biogeocenology; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and nature use, tel. (383)363-90-25, e-mail: yakutin@issa.nsc.ru
Dmitry S. Dubovik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., assistent professor of department of ecology and nature use, tel. (383)361-08-86, e-mail: d_d@ngs.ru
Sergey E. Khudyakov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., bachelor, tel. (383)361-08-86
Alina E. Shuklina
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., bachelor, tel. (383)361-08-86
A study of the microbiological status of the alluvial meadow soils in the middle reaches of the Taz River in Yamalo-Nenets Autonomous district was done. The features of the profile distribution of indices of microbial biomass and its metabolic activity in floodplain soil compared with the zonal tundra soils revealed. It was shown that microbial biomass and respiratory activity in the upper 0-10 cm layer of floodplain meadow soils had significantly lower biomass and respiratory activity in the upper layer of the tundra gley soil. The conclusion about the possibility of using of the instrumental soil microbiological methods in the practice of environmental monitoring was made.
Key words: Yamalo-Nenets Autonomous district, Western Siberia plain, Taz River, alluvial soil, microbial biomass, metabolic activity, environmental monitoring.
Поймы рек, как неоднократно показывалось различными исследователями, являются ландшафтами высокой плотности жизни и высокой геохимической энергии живого вещества Почвы пойм имеют глубокие отличия от почв водораздельных территорий. Их ежегодное затопление паводковыми водами придает им специфический «земноводный» характер и особые черты водно-воздушного режима. Половодье приносит на поверхность затапливаемых почв речной аллювий, содержащий в себе минеральные и органические частицы и значительное количество микроорганизмов. Для пойменных ландшафтов характерно пышное развитие растительности, обогащающей пойменные почвы органическим веществом и способствующей их оструктуриванию. Незаболоченные пойменные почвы отличаются высокой степенью населенности микроорганизмами и почвообитающими животными, что обусловливает высокую интенсивность почвенных процессов. Все это определяет высокую биогенность экосистем поймы [1-4].
Благодаря постоянному отложению свежих наилков на поверхность периодически затапливаемых пойменных почв, они имеют все признаки «молодых» почв. А зональные признаки в них отсутствуют или выражены в очень слабой степени [5]. Наибольшими геохимическими различиями по широтным отрезкам обладают дерновые почвы, а различия по основным свойствам в типах луговых и болотных почв по широтным отрезкам поймы достоверно не установлены [6]. 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].
К настоящему времени проведена значительная работа по изучению структуры и особенностей функционирования комплекса микроорганизмов пойменных почв. Показано, что пойменные почвы имеют высокую степень заселенности микроорганизмами, но доля грибов в микробном комплексе этих почв неве-
лика [2, 7, 8]. А по данным некоторых авторов грибы в пойменных почвах, характеризующихся длительными сроками затопления, вообще отсутствуют [9].
В пойменных почвах биомасса микроорганизмов может достигать значительных величин [2, 8, 10-12]. При этом величина биомассы микроорганизмов на поверхности почвы теснее связана с уровнем паводка, чем биомасса в нижележащих горизонтах почвы [13]. В то же время пойменные почвы характеризуются высокой ферментативной активностью [14].
Проведенные исследования в суббореальных и бореальных экосистемах дают возможность заключить, что зональные дерново-подзолистые почвы отличаются от пойменных почв резко пониженным количеством микроорганизмов (за исключением грибов), пониженной интенсивностью выделения СО2, слабой интенсивностью процесса разложения клетчатки [1]. В то же время данные по оценке состояния пойменных почв в зоне тундры являются фрагментарными, сравнения пойменных почв в этой зоне с зональными почвами по микробиологическим параметрам не проводилось.
В процессе исследования пойменных почв разных типов было показано, что типы пойменных почв находятся в прямых отношениях с их микробным, растительным и животным населением. Результатом взаимодействия между почвой и ее населением является тип почвообразовательного процесса с одной стороны и последовательная смена растительных и животных сообществ (биоценозов) с другой [15]. Выявление этой закономерности дает возможность оценивать влияние комплекса факторов, определяемых типом почвы, на различные показатели микробоценоза.
Цель данного исследования состояла в оценке применимости показателей биомассы и метаболической активности почвенного миробоценоза в практике мониторинга пойменных экосистем севера Западно-Сибирской равнины. Исследование было проведено в августе 2016 г. в зоне тундры Западной Сибири. В качестве объекта исследования в среднем течении реки Таз были выбраны две экосистемы: луг на аллювиальной луговой почве и тундровое кустарничко-во-мохово-лишайниковое сообщество на тундровой глеевой почве.
Образцы для почвенно-микробиологического анализа отбирались по общепринятой методике [16] из слоев 0-10 и 10-20 см. В почвенных образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы). Величина биомассы почвенных микроорганизмов является фундаментальной характеристикой состояния почвенного микробоценоза. Для оценки степени метаболической активности этой биомассы использовался показатель дыхательной активности почвы (базальное дыхание) [17]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [18, 19].
Значения С-биомассы микроорганизмов в луговой аллювиальной почве в верхнем 0-10 см слое оказались значительно ниже, чем в тундровой почве. В слое 10-20 см различия между исследованными почвами были недостоверны (рис. 1). Наибольшее влияние на содержание С-биомассы микроорганизмов
в исследованных почвах оказывали факторы, связанный с глубиной по профилю почвы ^ = 7,5) и определяемые сочетанием типа и слоя почвы ^ = 6,4).
0 25 50 75 100 0 25 50 75 100
а) б)
НСР(5 %) = 23,9
Рис. 1. Профильное распределение С-биомассы (мг С / 100 г почвы) в аллювиальной луговой (а) и тундровой глеевой (б) почвах
Минимальные значения дыхательной активности отмечены в верхнем 0-10 см слое луговой аллювиальной почвы, в слое 10-20 см отмечается некоторое увеличение данного показателя. В тундровой почв уровень дыхательной активности в слое 0-10 см оказался в 2,4 раза выше, чем в луговой почве (рис. 2). Наибольшее влияние на дыхательную активность оказывали факторы, определяемые сочетанием типа и слоя почвы ^ = 7,9).
0 0,5 1 1,5 2
0 0,5 1 1,5 2
0-10 см
10-20 см
а)
0-10 см
10-20 см
НСР(5 %) = 0,31
б)
Рис. 2. Дыхательная активность микроорганизмов (мкг С-СО2 / г почвы в час) в аллювиальной луговой (а) и тундровой глеевой (б) почвах
Таким образом, в результате эволюции луговой пойменной почвы по пути превращения ее в тундровую в этой почве происходит увеличение запасов С-биомассы микроорганизмов и уровня ее метаболической активности. Все это свидетельствует о функциональной перестройке комплекса почвенных микро-
организмов в ответ на значительное изменение гидротермического режима, окислительно-восстановительных условий и переход на использование в качестве основного источника вещества и энергии не органического вещества наил-ков и опада травянистых растений, а опада тундровых кустарничков, мхов и лишайников.
Проведенное исследование продемонстрировало, что современные инструментальные методы определения биомассы и дыхательной активности почвенных микроорганизмов могут быть успешно использованы для анализа состояния пойменных луговых почв в зоне тундр Западной Сибири. Эти показатели могут оказать помощь в диагностике различных по характеру и силе антропогенных нарушений северных пойменных экосистем в условиях интенсификации деятельности нефтегазодобывающего комплекса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Добровольский Г. В. Почвы речных пойм центра Русской равнины. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1968. - 295 с.
2. Никитина З. П., Барыкова Ю. Н. Численность и биомасса микроорганизмов в почвах поймы Нижнего Иртыша // Почвоведение. - 1982. - № 9. - С. 109-115.
3. Adair E. C., Binkley D., Andersen D. C. Patterns of nitrogen accumulation and cycling in riparian floodplain ecosystems along the Green and Yampa rivers // Oecologia. - 2004. - V. 139. -P.108-116.
4. Андриевский В. С., Якутин М. В., Шепелев А. И. Трансформация зоомикробиологи-ческого комплекса в процессе естественной эволюции пойменных почв в таежной зоне Западной Сибири // Евразиатский энтомологический журнал. - 2013. - Т. 12, № 5.
5. Шраг В. И. Классификация пойменных почв и их краткая агромелиоративная характеристика. - М. : Изд-во Росгипроводхоза, 1964. - 105 с.
6. Шепелев А. И., Шепелева Л. Ф. Принципы эколого-хозяйственной оценки пойменных земель: почвенно-генетические аспекты // Проблемы региональной экологии. - Вып. 5.-Томск : Красное знамя, 1995. - 152 с.
7. Никитина З. И. Микробиологический мониторинг наземных экосистем. - Новосибирск : Наука, Сиб. отд-е, 1991. - 222 с.
8. Микробные комплексы гидроморфных почв дельты Селенги (Байкальский регион) / Н. Д. Сорокин, Э. О. Макушкин, В. М. Корсунов, Е. Н. Афанасова, Е. Ю. Шахматова // Почвоведение. - 2006. - № 7. - С. 855-860.
9. Rinklebe J., Langer U. Microbial diversity in three floodplain soils at the Elbe River (Germany) // Soil Biology and Biochemistry. - 2006. - V. 38. - P. 2144-2151.
10. Microbial biomass estimations in soils from tussock grasslands by three biochemical procedures / D. J. Ross, K. R. Tate, A. Cairns, E. A. Pansier // Soil Biology Biochemistry. - 1980. -V. 12, № 4. - P. 375-383.
11. Титлянова А. А., Наумова Н. Б., Косых Н. П. Круговорот углерода в луговых экосистемах // Почвоведение. - 1993. - № 3. - С. 32-39.
12. Головченко А. В., Добровольская Н. Г. Численность и запасы микроорганизмов в пойменных почвах реки Протва // Почвоведение. - 2001. - № 12. - С. 1460-1464.
13. Harms T. K., Grimm N. B. Hot spots and hot moments of carbon and nitrogen dynamics in a semiarid riparian zone // Journal Geophysical Research. - 2008. - V. 113. - G01020.
14. Хабиров И. К., Агафарова Я. М., Ахатова А. Г. Ферментативная активность пойменных и осушенных почв // Почвообразовательные процессы в осушенных и пойменных землях Башкирии. - Уфа, 1982. - С. 107-116.
15. Иоганзен Б. Г., Тюменцев Н. Ф. Пойма Оби. - Новосибирск : Зап.-Сиб. кн. изд-во, 1968. - 160 с.
16. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д. Г. Звягинцева. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1991. 303 с.
17. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin : Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
18. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск : ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
19. Плохинский Н. А. Биометрия. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 367 с.
© М. В. Якутии, Д. С. Дубовик, С. Е. Худяков, А. Е. Шуклина, 2017
