CC BY
94
ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В МОНИТОРИНГЕ АГРОЭКОСИСТЕМ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирская государственная геодезическая академия, 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, д. 8/2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Проведен анализ состояния деструкционного блока в агро-экосистемах на серых лесных почвах НСО с использованием почвенно-зоологических и почвенномикробиологических методов. Продемонстрированы резкие изменения изученных параметров в почвах, находящихся под различным сельскохозяйственным использованием. Делается вывод о возможности применения использованных методов в практике экологического мониторинга.
Ключевые слова: Новосибирская область, серые лесные почвы, агроэкосистемы, микробиология, зоология, методы, экологический мониторинг.
THE USE OF SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN MONITORING OF FLOOD-PLAIN ECOSYSTEMS IN THE MEDDLE OB REGION
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, ScD, assistant professor. senior researcher in biogeocenology laboratory; Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, 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, PhD, senior researcher, laboratory of biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
The analysis of a condition of destruction bloc in the agro-ecosystems on gray forest soils in Novosibirsk region with use of soil-zoological and soil-microbiological methods is carried out. 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, gray forest soils, agro-ecosystems, microbiology, zoology, methods, ecological monitoring.
Почвенные и климатические условия Новосибирской области благоприятны для развития высокопродуктивного сельского хозяйства. Под сельскохозяйственными угодьями занято 10,649 млн.га, из них под пашнями 6,011 млн.га и под сенокосами и пастбищами 4,637 млн. га, т.е. около 60% территории области. Лесные ресурсы области в основном сосредоточенны в ее северной части, где наименее развито земледелие и животноводство. Леса очень разнообразны по составу насаждений и продуктивности. Они занимают 2,304 млн. га, т. е. 13% всей территории. Около 4,002 млн. га приходится на долю не освоенных болот. Около 828,4 тыс. га занимают озера и реки [1].
Серые лесные почвы по совокупности морфологических признаков и свойств занимают переходное положение от дерново-подзолистых почв южнотаежной подзоны к черноземным почвам лесостепи [2]. Площадь серых лесных почв Новосибирской области составляет 1253,4 тыс. га. Это 7,4% всей территории области (без площади рек и озер) [1].
Эти почвы формируются под воздействием древесной (межлиственной), а также в значительной степени травянистой растительности. Для серых лесных почв характерно наличие двух ведущих процессов, которые определяют их морфологические особенности и основные свойства: подзолистый и дерновый.
В зависимости от степени участия и продолжительности воздействия деревянистой и травянистой растительных формаций (в целинных условиях) и степени окультуренности (в условиях сельскохозяйственного освоения) образуются серые лесные почвы, в разной степени гумусированные и оподзоленные. В настоящее время значительная часть серых лесных почв распахана. Нераспаханные участки в основном представляют собой или леса местного значения, находящиеся под охраной, или трудные для сельскохозяйственного освоения склоны лощин и балок [1].
Высокая степень сельскохозяйственного освоения делает актуальным поиск простых и надежных методов экологического мониторинга серых лесных почв. Мониторинг с помощью ботанических методов оказывается неэффективным в связи с высокой степенью распаханности этих почв.
Цель данного исследования состояла в оценке применимости почвеннобиологических методов для целей мониторинга молодых экосистем, формирующихся в подзоне северной тайги.
В качестве объектов исследования были выбраны 3 экосистемы на серых лесных почвах. Все они находятся в окрестностях деревни Тальменка Искитимского района Новосибирской области на большом массиве серых лесных почв, в недалеком прошлом покрытых лиственными и смешанными (березово-сосновыми) лесами. В табл. 1 приведены основные характеристики исследованных экосистем.
Образцы для микробиологического анализа отбирались по общепринятой методике [3] из слоев 0-5 и 5-10 см. В почвенных образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации [4]. Величина биомассы почвенных
микроорганизмов является фундаментальной характеристикой состояния почвенного микробоценоза. Для оценки степени активности биомассы почвенных микроорганизмов использовался показатель дыхательной активности почвы. Он оценивался общепринятым методом по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной 2 суток в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 28оС и влажности 60% от полной влагоемкости [3].
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 [5]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [6, 7].
Таблица 1
Основные характеристики исследованных экосистем
№ п/п Экосистема Почва Сельскохозяйственное использование
1 Смешанный сосново-березовый лес Серая лесная
2 Злаковоразнотравный луг Серая лесная Пастбище
3 Овощной севооборот Серая лесная (слабодеградированная) Пашня
Основные результаты исследования микробиологического блока агроэкосистем приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что все изученные показатели максимальны в почве под лесом. В результате длительного использования серой лесной почвы под пастбищем происходит снижение всех изученных показателей. Так в слое 0-10 см величина биомассы снижается на 44%, а дыхательная активность - на 48%.
При распашке серой лесной почвы происходит резкое снижение всех изученных показателей. Так С биомассы в верхнем (0-10 см) слое на пашне снизился по сравнению с пастбищем в 4,4 раза, дыхательная активность - в 4,8 раза. Снижение показателей в слое 10-20 см на пашне по сравнению с пастбищем не такое резкое.
Сосново-березовый лес, контрольный биотоп в исследованном ряду экосистем, имеет весьма высокий показатель численности панцирных клещей -70,2 тыс. / м2. Такая численность характерна для наиболее населенных орибатидами лесных экосистем палеарктической области, и отмечена, например, в пойменном смешанном лесу на дерновой почве в северной тайге Тюменской области [8].
Видовое богатство в исследованном лесном биотопе (отмечен 31 вид), как и численность, находится на высоком уровне для лесных экосистем палеарктики. Оно существенно выше, чем в таежных экосистемах северной тайги Тюменской области [8].
Таблица 2
Влажность почвы в момент отбора проб, С биомассы и дыхательная активность в исследованных почвах
Слой почвы Влажность С биомассы (мг/100 Дыхание
(см) почвы (%) г) (мкг С-СО2/ г в сут)
Смешанный сосново-березовый лес
0-10 27,1 84,6 44,5
10-20 16,0 48,0 14,6
Злаково-разнотравный луг
0-10 12,2 47,2 23,0
10-20 9,0 15,0 5,7
Овощной севооборот
0-10 17,8 10,7 4,8
10-20 18,3 7,2 5,2
Сообщество панцирных клещей в экосистеме злаково-разнотравного луга в исследумом ряду биотопов обеднено по сравнению с лесной группировкой в 11 раз (зафиксировано 6,3 тыс. экз. / м ). Этот показатель уступает аналогичному в экосистеме остепненного луга на лугово-черноземной почве в лесостепи Красноярского края в 6 раз (там отмечено 40,2 тыс. экз. / м ), и в 2 раза показателю соседнего мезофитного злаково-разнотравного луга на черноземнолуговой почве (11,9 тыс. / экз. м ) [9]. Большую разницу в первом случае можно объяснить отсутствием антропогенной нагрузки в остепненном лугу Красноярской лесостепи (эта экосистема около 5 лет находилась в заповедном режиме), тогда как во втором случае значительно меньшая разница с мезофитным лугом этой территории - следствие наличия пастбишной нагрузки в обоих сравниваемых биотопах.
Сообщество панцирных клещей пшеничного агроценоза в исследованном ряду экосистем существенно обеднено в сранении как с группировкой лесной экосистемы (особенно), так и с луговой. По численности оно уступает контрольному лесному сообществу на 1,5 порядка, луговой группировке в 5,3 раз. В нем зафиксировано 1,2 тыс. экз. / м орибатид, против 70 тыс. и 6,3 тыс. в лесу и лугу соответственно.
Показатель видового богатства орибатид исследованного агроценоза (отмечено 6 видов) уступает таковому лесного биотопа в 5 раз и лугового - в 2 раза. Резкое обеднение населения панцирных клещей в агроценозах по сравнению с ненарушенными экосистемами характерно для разных природных зон и регионов [10, 11].
Таким образом, такой тип антропогенного пресса, как распашка почвы с последующим созданием пшеничного агроценоза, оказывает мощное угнетающее воздействие весь комплекс деструкторов. Пастбищная нагрузка на экосистему угнетает комплекс микроорганизмов и сообщество орибатид в значительно меньшей мере, но и она ведет к существенному обеднению сообщества панцирных клеей. Это проявляется в снижении таких количественных параметров сообщества, как численность (в большей мере), и видовое богатство (в меньшей степени).
В последние годы все больший интерес вызывают исследования, посвященные анализу возможностей использования различных методик в практике экологического мониторинга в различных регионах Российской Федерации [12, 13, 14].
Проведенное исследование продемонстрировало, что выявленные особенности изученных биолого-почвенных показателей (С-биомассы микроорганизмов и численности и видового богатства панцирных клещей) могут быть успешно использованы в практике экологического мониторинга пойменных и дерново-подзолистых почв в таежной зоне.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Почвы Новосибирской области / [отв. ред. Р.В. Ковалев]. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние. 1966. - 422 с.
2. Почвоведение / Под ред. И.С. Кауричева. Изд. 2-е. - М.: Колос, 1975. - 496 с.
3. Методы почвенной микробиологии и биохимии / И.В. Асеева [ и др.]; под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. - 303 с.
4. Schinner, F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
5. Методы почвенно-зоологических исследований. [под ред. М.С.Гилярова]. - М.: Наука, 1975. - 280 с.
6. Плохинский, Н.А. Биометрия / Н.А. Плохинский. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. -
367 с.
7. Сорокин, О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. -Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
8. Андриевский, В.С. Динамика сообществ панцирных клещей (орибатид) в естественных и нарушенных экосистемах северной тайги Западной Сибири / В.С. Андриевский // Вестник Томского Государственного Университета. Серия «Биологические науки». - Приложение № 7. - 2003. - С. 7-15.
9. Сукцессии и биологический круговорот / Отв. редактор д.б.н. В.М. Курачев. -Новосибирск: Наука. Сиб. издательская фирма, 1993. - 157 с.
10. Пивень, В.Б. О фауне клещей березовых лесов, развитых на солодях / В.Б. Пивень // Известия Сибирского Отделения Академии Наук СССР. Серия биологических наук. - Вып. 2, № 10. - 1973. - С. 172-173.
11. Почвообразование и антропогенез: Структурно-функциональные аспекты / Отв. редактор И.М. Гаджиев. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1991. - 188 с.
12. 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.
13. Якутии М. В., Дубовик Д. С. О системе показателей мониторинга экосистем сухих степей // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 94-99.
14. Шарикалов А. Г., Якутин М. В. Геоэкологический анализ состояния антропогенных экосистем // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 95-100.
© М. В. Якутин, В. С. Андриевский, 2014
