CC BY
32
УДК 631.427:591.9
ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ В ЗОНЕ СУХИХ СТЕПЕЙ ТЫВЫ
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
Владислав Семенович Андриевский
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории био-геоценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: VS@issa.nsc.ru
Проведен анализ состояния деструкционного блока в почвах сухих степей Тывы, с использованием почвенно-биологических методов. Показано, что в зоне сухих степей почвен-но-зоологические и почвенно-микробиологические методы могут успешно применяться в практике экологического мониторинга почв, находящихся под воздействием природного засоления различной силы.
Ключевые слова: Тыва, сухая степь, почва, панцирные клещи, микроорганизмы, засоление, экологический мониторинг
SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN ENVIRONMENTAL MONITORING OF SALINE SOILS IN THE DRY STEPPES ZONE OF TUVA
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Аkademik 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
Vladislav S. Andrievskiy
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: VS@issa.nsc.ru
The analysis of the destruction block in the soils of dry steppes of Tuva with the use of soil biological methods. It is shown that in the dry steppes zone soil-zoology and soil-microbiological methods can be successfully applied in the practice of ecological monitoring of soils affected by natural salinization of varying strength.
Key words: Tuva, dry steppe, soil, oribatid mites, microorganisms, salinization, environmental monitoring.
Особое место в программах экологического мониторинга занимает фоновый мониторинг, цель которого состоит в получении эталона состояния конкретной экосистемы и ее изменения в условиях возможно минимального антропогенного
воздействия. Данные фонового мониторинга совершенно необходимы для анализа результатов всех видов мониторинга. Сам фоновый мониторинг может проводиться в рамках глобального или национального, но может быть также организован в рамках локального мониторинга перед разработкой крупного промышленного, сельскохозяйственного или природоохранного проекта [1].
Основа ландшафта в межгорных котловинах Южной Тывы - сухие степи на каштановых почвах. Такие почвы формируются на подгорно-пролювиаль-ных равнинах, древних озерных и речных террасах. В более увлажненных условиях на относительно пониженных участках под чиевыми лугами в зоне каштановых почв формируются полугидроморфные лугово-каштановые почвы, а на приозерных территориях часто формируются солончаки. Для аридных ландшафтов вообще характерны переходы от автоморфных каштановых к лугово-каштановым почвам и далее к луговым почвам и солончакам [2].
Биота засоленных почв на протяжении длительного времени вызывает значительный интерес микробиологов и зоологов, но комплексные исследования сообществ почвообитающих животных и микроорганизмов в условиях засоления единичны [3]. В настоящее время установлено, что для засоленных почв характерны специфические микробные сообщества [3] и засоленные почвы характеризуются минимальными величинами микробной биомассы и дыхательной активности [5-8]. С/Ы-отношение в микробной биомассе при увеличении уровня засоления уменьшается, что свидетельствует о доминировании бактерий в общей массе микроорганизмов [9-12].
Население почвенных беспозвоночных засоленных почв в разных ландшафтных зонах обеднено и специфично по сравнению с таковым не засоленных аналогов. Это показано, например, для микроартропод западно-сибирской лесостепи [13, 14] и для почвенной мезофауны в Голодной степи (Ташкентская область Узбекистана) [15].
Цель данного исследования состояла в оценке применимости почвенно-биологических показателей (биомасса и дыхательная активность микроорганизмов, численность и видовое богатство панцирных клещей) в мониторинге экосистем в подзоне сухих степей Тывы, находящихся в условиях разного по силе засоления.
Исследование было проведено в Убсунурской котловине (Тыва) на остан-цовой равнине хребта Сангилен. Почвенный покров равнины представлен каштановыми, лугово-каштановыми, аллювиально-луговыми почвами, солонцами и солончаками [2]. В качестве объектов исследования были выбраны четыре экосистемы, находящиеся на одной катене на юго-восточном склоне подгорной равнины останца Онджалан. Участки находятся на абсолютных высотах от 1050 до 1150 м над уровнем моря. Крутизна юго-восточного склона Останца Онджалан составляет около 5°. В нижней части подгорной равнины находится небольшое по размеру соленое озеро, которое периодически пересыхает. Все экосистемы находятся под умеренной пастбищной нагрузкой с преимущественно зимним выпасом. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в таблице.
№ п/п Экосистема Почва Проективное покрытие (%) Высота травостоя (см)
Т. 1 Злаково- разнотравная сухая степь Каштановая супесчаная среднемощная мелкощебнистая 50 10-30
Т. 2 Разнотравно-полынно-злаковая сухая степь Каштановая супесчаная среднемощная 45 5-30
Т. 3 Чиевый разреженный луг Лугово-каштановая солончаковатая 20 30-50
Т. 4 Солянковое сообщество Солончак типичный 50 2-5
Анализ микробиологического и зоологического состояния почв проводился в начале лета. Углерод в биомассе почвенных микроорганизмов (С-био-массы) определялся методом фумигации-инкубации [16]. Дыхательная активность почв оценивалась по количеству СО2, выделившемуся из образцов (навеска 2 г), инкубированных 2 суток в темноте в плотно закрытом пеницил-линовом флаконе при температуре 28 °С и влажности равной 60 % полной вла-гоемкости [17]. Видовое богатство и численность панцирных клещей оценивалось в каждом биотопе методом термоэклекции Берлезе-Тульгрена [18, 19]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [20, 21].
Минимальная концентрация С-биомассы и величина дыхательной активности почвенного микробоценоза в исследованных почвах были зафиксированы в верхнем слое солончака типичного (Т. 4). Низкие значения данных показателей здесь объясняются минимальным запасом растительного вещества и высоким уровнем засоления. Снижение концентрации солей при сохранении в целом благоприятных условий увлажнения в лугово-каштановой почве (Т. 3) способствует значительному увеличению концентрации С-биомассы и дыхательной активности. Эти результаты согласуются с данными других авторов, продемонстрировавших в своей работе более высокую биологическую активность лугово-каштановых почв по сравнению с каштановыми [3]. С-биомассы и дыхательная активность в автоморфных каштановых почвах (Т. 1 и 2), характеризующихся менее благоприятными условиями увлажнения, чем лугово--каштановая почва (Т. 3), оказались в целом ниже, чем аналогичные показатели в этой полугидроморфной почве.
В процессе почвенно-зоологического исследования всего на изученной ка-тене обнаружено 15 видов панцирных клещей. По позициям катены виды распределены неравномерно: от одного в нижней позиции катены (Т. 4) до двенадцати на первой надпойменной террасе (Т. 3). Верхние позиции катены (Т. 1 и 2) богаче нижней - (Т. 4) и беднее средней (Т. 3). Средняя позиция катены (Т. 3) отличается наибольшим видовым богатством. Нижняя позиция катены
(Т. 4) является самой бедной и по численностям, а самой богатой по численно-стям становится позиция в верхней части профиля (Т. 1). Причем, показатель численности здесь имеет очень высокое значение - 71 тыс. экз./м2. Как было показано ранее, такая плотность более характерна не для степных экосистем, а для некоторых лесных [22]. Второй по численности орибатид является сообщество первой надпойменной террасы (Т. 3). Оно беднее сообщества верхней части подгорной равнины более чем в 3 раза. Сообщество Т. 2, в свою очередь, по численности беднее сообщества Т. 3 также более чем в 3 раза. На уровне уреза воды (Т. 4) клещи практически отсутствуют. Таким образом, распределение панцирных клещей на изученной катене в зависимости от ведущих экологических факторов (увлажненности и засоления) отражается количественными параметрами сообщества (численностями и видовым богатством).
Проведенное исследование позволяет сделать вывод о том, что высокие концентрации солей в верхних горизонтах почвенного профиля в сухостепной зоне приводят к резкому снижению биомассы микроорганизмов и ее дыхательной активности и показателей численности и видового богатства панцирных клещей. Т. е. сообщества и панцирных клещей, и микроорганизмов в подземном блоке сухостепной экосистемы реагируют на экстремальное засоление резким снижением количественных параметров.
Снижение уровня засоления с сохранением относительно благоприятного режима увлажнения в экосистемах, формирующихся на полугидроморфных лу-гово-каштановых почвах, способствует росту микробобиомассы и дыхательной активности, росту показателей видового богатства и численности панцирных клещей. Снижение до практически нулевых значений уровня засоления и дальнейшее снижение уровня общей увлажненности в автоморфных каштановых почвах приводит к снижению биомассы и дыхательной активности и к снижению показателей видового богатства панцирных клещей.
Таким образом, проведенное исследование продемонстрировало возможность применение показателей биомассы почвенных микроорганизмов, дыхательной активности, численности и видового богатства панцирных клещей в мониторинге экосистем в зоне сухих степей Тывы, находящихся под воздействием природного засоления различной силы. Эти показатели могут в значительной степени дополнять данные, получаемые с помощью традиционных микробиологических и химических методов в ходе экологического мониторинга, а также результаты дистанционного исследования наземных экосистем [23].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мониторинг и методы контроля окружающей среды / Ю. А. Афанасьев, С. А. Фомин, В. В. Меньшиков и др. - М. : МНЭПУ, 2001. - 337 с.
2. Носин В. А. Почвы Тувы. - М. : Изд-во Акад. наук СССР, 1963. - 342 с.
3. Биологические свойства почв каштаново-солонцовых комплексов / К. Ш. Казеев, А. М. Кременица, С. И. Колесников и др. // Почвоведение. - 2005. - № 4. - С. 464-474.
4. 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.
5. Mallouhi N., Jacquin F. Essai de correlation antre proprietes biochimiques d'un soil salsodique et sa biomasse // Soil Biology and Biochemistry. - 1985. - Vol. 17. - P. 23-26.
6. Badia D., Alkaniz J. M. Bazal and specific microbial respiration in semiarid agricultural soils: organic amendment and irrigation management effects // Geomicrobiology Journal. - 1993. -Vol. 11. - P. 261-274.
7. Kaur B., Gupta S. R., Singh G. Biomelioration of a sodic soil by silvopastoral systems in northwestern India // Agroforestry Systems. - 2002. - Vol. 54. - P. 13-20.
8. Boyerahmadi M., Raiesi F., Mohammadi J. Influence of different salinity levels on some microbial indices in the presence and absence of plant's living roots // Water and Soil Science. -2010. - Vol. 14. - P. 103-115.
9. Якутин М. В. Биомасса микроорганизмов в засоленных почвах Восточной Барабы // Сибирский экологический журнал. - 2001. - № 3. - С. 299-304.
10. Microbial performance in soils along a salinity gradient under acidic conditions / M. Sardinha, T. Mulle, H. Schmeisky, R. G. Joergensen // Applied Soil Ecology. - 2003. - Vol. 23. -P.237-244.
11. 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. - Vol. 35. - P. 319-328.
12. Spatial and temporal variability in microbial activities of coastal acid saline soils of Goa, India / G. R. Mahajan, B. L. Manjunath, A. M. Latare, R. D. Souza, S. Vishwakarma, N. P. Singh // Solid Earth Discussions. - 2015. - Vol. 7. - P. 3087-3115.
13. Микроартроподы, почвы, растительность в условиях пульсирующего увлажнения (на примере Карасукской равнины) / Л. Г. Гришина, С. К. Стебаева, Е. И. Лапшина и др. -Новосибирск : Наука. Сиб. отд-е, 1991. - 166 с.
14. Березина О. Г. Коллемболы (Hexapoda, Collembola) на катенах соленых озер южной лесостепи Западной Сибири // Евразиатский энтомологический журнал. - 2006. - Т. 5, № 3. -С.199-202.
15. Яхонтов В. В. Экология насекомых. - М. : Высшая школа, 1964. - 460 с.
16. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin : Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
17. Сукцессии и функционирование микробоценозов в молодых почвах техногенных экосистем Кузбасса / И. Л. Клевенская, С. С. Трофимов, С. А. Таранов, Е. Р. Кандрашин // Микробоценозы почв при антропогенном воздействии. - Новосибирск : Наука, Сиб. отд-е, 1985. - С. 3-21.
18. Чернов Ю. И. Биологическое разнообразие: сущность и проблемы // Успехи современной биологии. - 1991. - № 4. - С. 499-509.
19. Методы почвенно-зоологических исследований / под ред. М. С. Гилярова. - М. : Наука, 1975. - 206 с.
20. Плохинский Н. А. Биометрия. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 367 с.
21. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск : ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
22. Андриевский В. С. Динамика сообществ панцирных клещей (орибатид) в естественных и нарушенных экосистемах северной тайги Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. Серия: Биологические науки. - Приложение № 7. - 2003. -С. 7-15.
23. Якутин М. В., Дубовик Д. С., Анопченко Л. Ю. Оценка динамики водного зеркала малых озер Убсунурской котловины (Тыва) по материалам дистанционного зондирования // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2016. - № 1. - С. 71-74.
© М. В. Якутин, В. С. Андриевский, 2017
