CC BY
57
УДК 631.427:591.9
ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ПЕРВЫХ СТАДИЙ РАССОЛЕНИЯ ПОЧВ ЗАПАДНОЙ БАРАБЫ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, доктор биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории био-геоценологии; СГУГиТ, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Владислав Семенович Андриевский
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Людмила Юрьевна Аиопчеико
Сибирский государственный университет геодезии и технологии, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Проведен анализ состояния деструкционного блока в почвах, развивающихся на засоленных илах озерного происхождения с использованием почвенно-зоологических и почвен-но-микробиологических методов. Продемонстрированы резкие изменения изученных параметров в почвах, находящихся на различных стадиях развития. Делается вывод о возможности применения использованных методов в практике экологического мониторинга.
Ключевые слова: Новосибирская область, Западная Бараба, засоление, почвы, почвенная микробиология, почвенная зоология, методы, экологический мониторинг.
SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN ENVIRONMENTAL MONITORING
OF THE FIRST STAGES OF SOIL DESALINIZATION IN THE WESTERN BARABA
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, Sc. D., senior researcher, laboratory of biogeocenology; SSUGT, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and wildlife management, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Vladislav S. Andrievskiy
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, Ph. D., senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Lyudmila Yu. Anopchenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., assistent professor, department of ecology and wildlife management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
The analysis of the soil's decomposition block state in emerging young soils with use of soil-zoological and soil-microbiological methods is carried out. The saline sediments have lacustrine
origin. Sharp differences between different soils on the studied indicators are shown. . The conclusion about possibility of application of the used methods in ecological monitoring practice becomes.
Key words: Novosibirsk region, Western Baraba, salinization, soil microbiology, soil zoology, methods, environmental monitoring.
Юг равнинной территории Западной Сибири - это провинция с недостаточно увлажненными почвогрунтами и с преобладанием привноса солей над их выносом. Многочисленные участки с внутренним стоком относятся к районам солевых аккумуляций. Для Причановской равнины Барабы характерны гривы и озерно-болотные межгривные понижения. Естественная дренированность в целом слабая (0,1-0,7). Грунтовые воды распространены повсеместно на глубине 0,5-5 м. Минерализация их колеблется от 1-3 до 10-30 г/л, химизм весьма пестрый. Транзит солей здесь затруднен, распространено очаговое соленакопление. Солонцеватые и засоленные почвы занимают более 50% общей площади [5].
Процессы соленакопления, характерные для Барабинской равнины, проходили здесь в течение исторического времени. Вследствие слабой дренирован-ности территории и потери ею сточности соли практически не выносились за пределы Барабы, поэтому процессы почвообразования протекали и протекают здесь в условиях обогащенности пород легкорастворимыми солями. В целом на территории Барабинской равнины смена химизма природных солевых аккумуляций с северо-востока на юго-запад происходит от гидрокарбонатного через сульфатно- и хлоридно-гидрокарбонатный щелочной содовый, сульфатный и хлоридный с небольшим содержанием соды до сульфатного и хлоридного бессодового [1].
Эволюция молодых почв непосредственно после выхода поймы из-под воды начинается с процесса аккумуляции в них подвижных солей, вследствие чего происходит засоление этих почв. По мере опускания базиса эрозии начинается и продолжается в дальнейшем вынос подвижных солей в более низко расположенные элементы рельефа. Вследствие этого происходит распреснение форимирующихся почв и изменение химизма в сторону уменьшения хлоридно-сти и увеличения в их солевом составе роли сульфат- и гидрокарбонат-ионов.
Глубина залегания почвенно-грунтовых вод в пойменных почвах озерных депрессий в целом приблизительно одинакова. Фактором, определяющим этап эволюции, на котором находятся эти почвы, является их относительная высота над наиболее низко расположенными озерными депрессиями. По мере снижения гипсометрических уровней, и, соответственно, уменьшения возраста почв, увеличивается их гидроморфность и неустойчивость вводно-солевого режима [7].
В настоящее время установлено, что засоление - одно из наиболее стрес-сирующих условий окружающей среды для почвенных микроорганизмов [13] и почвообитающих животных. Вообще установлено, что для засоленных почв характерны специфические микробные сообщества [3].
Исследований биологических характеристик засоленных почв во всем мире вообще немного. При изучении микробиологической активности в аридных
засоленных почвах было показано, что при увеличении уровня засоления снижается С-биомассы микроорганизмов и базальное дыхание. Также при засолении уменьшается С/Ы-отношение в микробной биомассе, что свидетельствует о доминировании бактерий в микробной биомассе в засоленных почвах [16].
Цель данного исследования состояла в оценке применимости почвенно-биологических методов для целей мониторинга первых стадий развития молодых экосистем, формирующихся на засоленных почвообразующих субстратах в Западной Барабе.
В качестве объектов исследования на южном берегу озера Чаны (Ярков-ский плес) была выбрана серия разновозрастных почв, сформировавшихся на обсохших в разное время участках дна озера. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в табл. 1.
Таблица 1
Почва Геоморфологическое положение. Абсолютная высота Растительность. Проективное покрытие / высота травостоя Хозяйственное использование
Т.0. Озерные иловые отложения На уровне уреза воды. 105 м. Отсутствует Не используется
Т.1. Солончак луговой 100 м от уреза воды. Обсохшая береговая полоса озера. 106 м. Солянковый луг. 0-60 % / 0-10 см Не используется
Т. 2. Почва луговая солончакова-тая 200 м от уреза воды. Поверхность надпойменной террасы озера. 107 м. Разнотравно-злаковый луг. 60 % / 10-60 см Пастбище
Образцы отбирались из верхних горизонтов всех исследованных почв в четырехкратной повторности по общепринятой методике [2]. Поскольку влажность почвы в т.0 в момент отбора образцов составляла 100%, перед лабораторной обработкой образцы этой почвы подсушивались непродолжительное время [14]. В образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации и бизальное дыхание [15].
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 общепринятым для микроартропод методом термоэклекции Тулльгрена-Берлезе [4]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [6, 8].
В эмбриоземе (Т. 0) отмечен низкий уровень С-биомассы микроорганизмов, что характерно вообще для молодых почв [10], и высокий уровень дыхательной активности. Это объясняется высоким содержанием органического вещества (озерный ил) в молодой почве, только что вышедшей из-под воды. Ак-
тивность минерализации этого органического вещества оказалась очень высокой, несмотря на значительное содержание солей.
В луговом солончаке, второй стадии эволюции пойменных почв озерных депрессий, (Т. 1) наблюдается 2-х кратный рост запасов С-биомассы в верхнем (0-10 см) слое почвы по сравнению с Т. 0. Дыхательная активность низка по всему профилю почвы.
На третьей стадии эволюции почв озерных депрессий происходит постепенное распреснение почвенных профилей. И в луговой солончаковатой почве (Т. 3) происходит резкое, в 1,8 раза, увеличение содержания микробобиомассы в верхнем 0-10 см слое. Дыхательная активность низка по всему профилю и, в целом, недостоверно отличается от таковой в солончаке луговом.
Таким образом, величина биомассы микроорганизмов тесно связана с уровнем засоления почв, и увеличивается при уменьшении степени засоленности молодой почвы.
На двух самых нижних позициях катены (Т. 0 и Т. 1) панцирных клещей не обнаружено. Это свидетельствует о крайне неблагоприятных для орибатид условиях в этих двух биотопах. В почве луговой солончаковатой (Т. 3) было обнаружено 9 видов панцирных клещей. Тремя доминирующими видами в луговой солончаковатой почве являются Tectocepheus velatus, Oribatella reticulata и Podoribates longipes. Первый из этих видов, здесь являющийся супердоминан-том, известен как полизональный эврибионт, заселяющий широкий диапазон экосистем как естественных, так и нарушенных, и адаптированный к экстремальным условиями существования самого разного характера. Он является до-минантом в большинстве засоленных биотопов и Карасукской равнины. Два других доминанта луговой солончаковой почвы катены озера Чаны - Oribatella reticulata и Podoribates longipes также отмечены для Карасукской равнины как обильные виды ряда засоленных биотопов, но Oribatella reticulata там отмечена как вид, тяготеющий к луговому типу растительности, а Podoribates longipes характеризуется как интраполизональный вид, населяющий в разных ландшафтных зонах почвы с избыточным увлажнением.
Таким образом, рассоление засоленных почв приводит к увеличение массы и микробиологического и зоологического компонента деструкционного звена биологического круговорота. Происходит увеличение биомассы почвенных микроорганизмов, и постепенно начинается проявляться деятельность панцирных клещей, о чем свидетельствует увеличение таких количественных параметров их сообщества, как численность и видовое богатство.
В последние годы все больший интерес вызывают исследования, посвященные анализу возможностей использования различных методик в практике экологического мониторинга в различных регионах Российской Федерации [9, 11, 12]. Проведенное исследование продемонстрировало, что выявленные особенности изученных биолого-почвенных показателей (С-биомассы и базально-го дыхания микроорганизмов, численности и видового богатства панцирных клещей) могут быть успешно использованы в практике экологического мониторинга молодых почв, развивающихся на засоленных субстратах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Базилевич Н. И. Типы засоления природных вод и почв Барабинской низменности. -Труды Почвенного Института им. В.В. Докучаева, 1953. - Т. 36. - С. 172-429.
2. Звягинцев Д. Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д. Г. Звягинцев, И. В. Асеева, И. П. Бабьева, Т. Г. Мирчинк. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. - 224 с.
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. Методы почвенно-зоологических исследований [под ред. М. С. Гилярова]. - М.: Наука, 1975. - 280 с.
5. Панин П. С., Елизарова Т. Н., Шкаруба А. М. Генезис и мелиорация солонцов Ба-рабы. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. - 192 с.
6. Плохинский Н. А. Биометрия. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 367 с.
7. Пульсирующее озеро Чаны / [отв. ред. Н. П. Смирнова, А. В. Шнитников].- Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1982. - 304 с
8. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
9. Шарикалов А. Г., Якутин М. В. Геоэкологический анализ состояния антропогенных экосистем // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 95-100.
10. Якутин М. В. Биомасса почвенных микроорганизмов в условиях моделирования различных режимов биологического круговорота // Сибирский экологический журнал -1997. - № 4. - С. 435-442.
11. Якутин М. В., Анопченко Л. Ю. Структура запаса растительного вещества в мониторинге экосистем, формирующихся в обсыхающих поймах соленых озер Барабы // Вестник СГГА. - 2006. - Вып. 11. - С. 172-177.
12. Якутин М. В., Дубовик Д. С. О системе показателей мониторинга экосистем сухих степей // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 94-99.
13. 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.
14. Ross,D. J. Modification to the fumigation procedure to measure microbial biomass C in wet soils under pasture: influence on estimates of seasonal fluctuations in the soil biomass / D.J. Ross // Soil. Biol. Biochem. - 1988. - V. 20. - P. 377-383.
15. Schinner, F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
16. 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.
© М. В. Якутин, В. С. Андриевский, Л. Ю. Анопченко, 2015
