CC BY
46
ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 631.427
О СИСТЕМЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОНИТОРИНГА ЭКОСИСТЕМ СУХИХ СТЕПЕЙ
Михаил Владимирович Якутии
ИПА СО РАН, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Советская, 18, доцент, профессор кафедры экологии и природопользования, доктор биологических наук, тел. (383)222-54-15, e-mail: t2006@ngs.ru
Дмитрий Сергеевич Дубовик
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: d_d@ngs.ru
В Убсунурской котловине Республики Тыва изучены показатели биомассы микроорганизмов и ее метаболической активности в почвах пастбищ, находящихся длительное время под различной по силе пастбищной нагрузкой. Делается вывод о возможности использования изученных показателей в мониторинге экосистем сухих степей.
Ключевые слова: показатели, почвы степей, антропогенный процесс, экологический цикл, метаболическая активность микробной биомассы в почве пастбищ.
INDICATORS SYSTEM
OF DRY STEPS ECOSYSTEMS MONITORING
Michael V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry (ISSA), 630099, Russia, Novosibirsk, 18 Sovetskaya St., assistant professor, professor of chair of ecology and environmental management, Dr.Sci.Biol., tel. (383)222-54-15, e-mail: t2006@ngs.ru
Dmitry S. Dubovik
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student of chair of ecology and environmental management, tel. (383)361-08-86, e-mail: d_d@ngs.ru
On the Ubsunur depression (Tyva Republic) a biomass of microorganisms and some indicators of its metabolic activity in soils of the pastures which are long time under various grazing press are studied. There is conclusion about possibility of use of that soil microbial indicators in the practice of dry steppes ecosystems monitoring.
Key words: indicators, steps soils, anthropological process, biological circulation, pastures (grazing) load, metabolic activity of microorganisms biomass in pastures soils.
94
Экология и природопользование
Центральная Азия - это область высоких равнин и нагорий внутренней части материка, окруженных почти сплошным кольцом гигантских хребтов, служащих климаторазделами. Это аридная область с крайне континентальным климатом и количеством осадков, не превышающим 200 мм, причем осадки выпадают преимущественно летом. Для всех областей Центральной Азии характерны резкие колебания температуры в течение суток, сезонов и годов. По характеру орошения Центральная Азия - это область внутреннего стока с многочисленными замкнутыми котловинами. Почвообразующие породы - по преимуществу эоловые пески и лесы. Почвы представлены огромным массивом пустынных сероземов, по периферии окаймленным бурыми почвами. С севера этот массив окаймляют каштановые почвы степей. Широкое распространение в Центральной Азии имеют также засоленные почвы: солонцы и солончаки. Небольшие площади в равнинной части Центральной Азии занимают закрепленные и незакрепленные пески.
Для систематического описания Центральная Азия была условно разделена В.М. Синицыным на 11 областей. Самая северная область исторически называется Озерные Равнины Западной Монголии и приурочена к депрессии, пролегающей между хребтами Алтая и Хангая. Северная часть этой области - Убсу-нурская котловина - распространяется на территорию России и ограничена с севера хребтами Западный и Восточный Тану-Ола. Климатически Убсунур-ская котловина относится к Южноалтайско-Тувинско-Хангайской котловинногорной провинции степной зоны Тесхемскому котловинному сухостепному, частично пустынно-сухостепному округу. Округ характеризуется резкоконтинентальным аридным климатом [1].
Все экосистемы Центральной Азии испытывали в историческом прошлом и испытывают в настоящее время антропогенный пресс, связанный с отгонным скотоводством. Под воздействием многолетнего (чаще всего чрезмерного) выпаса произошли заметные изменения в структуре травяно-кустарничкового покрова степей Убсунурской котловины, отразившиеся на структуре и на общем запасе фитомассы степных сообществ. Везде в качестве закономерности можно отметить: изменение видового состава, сокращение доли участия злаков, уменьшение высоты травостоя, опустынивание степных фитоценозов, уменьшение кормовой ценности растительного покрова. Сроки перехода от одной дигрессионной стадии к другой зависят от степени нагрузки и могут колебаться от 2-3 лет до нескольких десятилетий. При уменьшении интенсивности выпаса возможно восстановление первоначального или близкого к нему облика растительного покрова, но только в тех случаях, когда процессы дигрессии не стали необратимыми [2].
Почвенные микроорганизмы - основа деструкционного звена биологического круговорота в наземных экосистемах [3]. Биомасса почвенных микроорганизмов включает в себя множество микроорганизмов, населяющих почву, и является фундаментальным показателем состояния деструкционного звена биологического круговорота. Углерод, заключенный в микробной биомассе, составля-
95
Экология и природопользование
ет не более 4 % от общего запаса почвенного органического вещества [4], но запасы гумуса в почвах, бесспорно, являются интегральным итогом длительной деятельности почвенной микрофлоры: разложения корневых остатков, продукцией микробной биомассы и ее разложения после гибели микробных клеток [5].
Изменения в продукционном звене биологического круговорота в степных пастбищах на севере Центральной Азии плодотворно изучаются длительное время. Состояние деструкционного звена биологического круговорота в почвах степных пастбищ на севере Центральной Азии до настоящего времени изучено слабо [6].
Цель настоящего исследования состояла в изучении закономерностей изменения микробной биомассы и характеристик ее метаболической активности в почвах пастбищ в подзоне сухих степей, находящихся длительное время под различной по силе пастбищной нагрузкой и в оценке возможности применения данных показателей для целей экологического мониторинга.
Все объекты исследования находятся в российской части Убсунурской котловины. Наиболее распространенным биомом в равнинной части котловины являются разнотравно-полынно-злаковые сухие степи на каштановых почвах на севере и опустыненные на светло-каштановых и бурых пустынно-степных почвах - в центре и на юге котловины [2].
Сухие степи на каштановых почвах вообще являются типичным ценозом не только в Убсунурской котловине, но и во всех межгорных котловинах Южной Тывы. Эти степи на протяжении тысячелетий использовались в качестве зимних и летних пастбищ. Сложившиеся веками традиции кочевания были залогом более или менее равномерной пастбищной нагрузки на степные экосистемы. Эти традиции были забыты при переходе кочевников-скотоводов к оседлому образу жизни после вхождения Тывы в состав СССР: появились участки сильно деградированных пастбищ вблизи колодцев и населенных пунктов [7]. Результаты недавнего исследования состояния пастбищ Убсу-Нурской котловины по видовому составу, структуре и запасам фитомассы и продукции растительных сообществ показали, что около 75 % пастбищ в той или иной степени деградированы и нуждаются в различных мероприятиях по улучшению [2].
В качестве объектов настоящего исследования были выбраны четыре участка сухой степи на каштановых почвах, находящиеся под различной по силе пастбищной нагрузкой (таблица): Т. 1 и 4 - пастбищная дигрессия (сбой) Т. 2 и 3 - умеренная пастбищная нагрузка.
Образцы почв отбирались по общепринятой методике из слоев 0-10 и 10-20 см [8]. В образцах определялся углерод биомассы почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом SIR и базальное дыхание. Также рассчитывался метаболический коэффициент qCO2 - показатель удельной метаболической активности биомассы почвенных микроорганизмов как отношение величины С-СО2, выделившегося из почвы за 1 час к величине С-биомассы микроорганизмов [9]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [10, 11].
96
Экология и природопользование
Таблица
Основные характеристики исследованных экосистем
Точка / Расположение Почва Проективное покрытие (%) / Высота травостоя (см) Сельско- хозяйств. использование
Т. 1 / Убсунурская котловина; 1 км к Юго-Востоку от с. Берт-Даг Каштановая легкосуглинистая слабощебнистая маломощная 30 / 3-5 Сбитое пастбище
Т. 2 / Убсунурская котловина; 7 км к Западу от с. Берт-Даг Каштановая легкосуглинистая слабощебнистая маломощная 50 /5-35 Умеренная пастбищная нагрузка
Т. 3 / Убсунурская котловина; 0,8 км к Югу от г. Онджалан Каштановая супесчаная среднемощная 65 /13-55 Умеренная пастбищная нагрузка
Т. 4 / Убсунурская котловина; 1 км к Юго-западу от дер. Булун-Бажи Каштановая супесчаная маломощная 25 /3-14 Сбитое пастбище
На участках пастбищ, находящихся в стадии сбоя, микробобиомасса оказалась в среднем в 1,2 раза выше, чем в почвах пастбищ под умеренной нагрузкой в слое 0-10 см. В слое 10-20 см различия по данному показателю между участками с разной пастбищной нагрузкой отсутствовали (рис. 1).
60
нн
о Л
% " 40 а о о к К и О
О 2 20
Т. 1
Т. 2
Т. 3
Т. 4
Рис. 1. С-биомасса микроорганизмов (мг C/100 г) в почве различных пастбищ
0
Достоверных различий между изученными почвами по показателю базального дыхания выявить не удалось (рис. 2).
97
Экология и природопользование
РМ Т
О со
3 I
i_ т
ас о S с
0,8
0,6
0,4
0,2
Т. 1
Т. 2
Т. 3
Т. 4
Рис. 2. Базальное дыхание (мкг С-СО2/г в час) в почве различных пастбищ
0
Удельная активность микробной биомассы на участках деградированных пастбищ в слое 0-10 см была в среднем в 1,4 раза ниже, чем на участках пастбищ с умеренной пастбищной нагрузкой. В слое 10-20 см различия по данному показателю между участками с разной пастбищной нагрузкой отсутствовали (рис. 3).
6 g
5 Т
сч
О
О
6
2.5 2
1.5 1
0,5
0
Т. 1
Т. 2
Т. 3
Т. 4
Рис. 3. Метаболический коэффициент (мкг С-СО2/мг С-биомассы в час)
в почве различных пастбищ
Условные обозначения на рис. 2, 3 см. по рис. 1. Таким образом, в почве сухой степи, используемой в качестве пастбища, происходит увеличение, изменение запасов микробобиомассы и показателей ее метаболической активности. Запас микробобиомассы в почве пастбища, находящегося на последней стадии пастбищной дигрессии увеличивается, а удельная активность этой биомассы снижается. Эти изменения, как мы считаем, определяются существенной перестройкой продукционного блока экосистемы под влиянием сбоя.
Уже на данном этапе исследования можно говорить о возможности использования показателей микробной биомассы и метаболического коэффициента для целей экологического мониторинга почв пастбищ, находящихся под
98
Экология и природопользование
различной по силе пастбищной нагрузкой. Использование этих показателей может быть особенно актуально в тех случаях, когда традиционно используемые для мониторинга степных экосистем показатели оказываются недоступными (после пала, массового прогона скота и т. д.).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Синицын В.М. Центральная Азия. - М.: Гос. изд-во географ. лит-ры, 1959. - 456 с.
2. Эксперимент «Убсу-Нур». Коллективная монография. Ч. 1. Наземные исследования / [отв. ред. В.В. Бугровский]. - М.: ИНТЕЛЛЕКТ, 1995. - 336 с.
3. Тейт, P.III Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты / пер. с англ. О.Д. Масаловой, Д.С. Орлова. -М.: Мир, 1991. - 400 с.
4. Anderson, T.H. Ratio of microbial biomass carbon to total organic carbon in arable soils / T.H. Anderson, K.H. Domsch // Soil Biol. Biochem. - 1989. - V. 21. - P. 471-479.
5. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1980. - 187 с.
6. Степи Центральной Азии / И.М. Гаджиев, А.Ю. Королюк, А.А. Титлянова [и др.] ; отв. ред. В.А. Хмелев. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 299 с.
7. Гомбоев Б.О. Аграрное землепользование Внутренней Азии. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 228 с.
8. Методы почвенной микробиологии и биохимии / И.В. Асеева [и др.]; под ред. Д.Г. Звягинцева. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. - 303 с.
9. Schinner, F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. -Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
10. Плохинский Н.А. Биометрия. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 367 с.
11. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
Получено 13.06.2012
©М.В. Якутин, Д.С. Дубовик, 2012
99
