CC BY
0УДК 595.788
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-210-215
СООБЩЕСТВА ПОЧВЕННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ (МЕЗОФАУНА) НА ЧИСТОМ ПАРЕ И УБРАННОМ ПОЛЕ СО СТЕРНЕЙ ПРИ БЕССМЕННОМ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПШЕНИЦЫ В ПОДЗОНЕ СУХИХ КОВЫЛКОВЫХ СТЕПЕЙ
КАЗАХСТАНА
COMMUNITIES OF SOIL INVERTEBRATES (MACROFAUNA) ON A CLEAN FALLOW AND A HARVESTED FIELD WITH STUBBLE DURING PERMANENT CULTIVATION OF WHEAT IN THE SUBZONE OF THE DRY STEPPES OF KAZAKHSTAN
Брагина Т.М.и, Рулёва М.М.1 Bragina T.M.U, Rulyova M.M.1
1Костанайский региональный университет имени Ахмет Байт^рсын^лы, Костанай, Казахстан 2Азово-Черноморский филиал ФГБНУ «ВНИРО» («АзНИИРХ»), Ростов-на-Дону, Россия 1Akhmet Baitursynuly Kostanay regional university, Kostanay, Kazakhstan 2Azov-Black Sea Branch of the FSBSI "VNIRO" ("AzNIIRKH"), Rostov-on-Don, Russia
E-mail: tm_bragina@mail.ru, maniarul@mail.ru
Аннотация. В статье приводятся данные о сообществах почвенных беспозвоночных (мезафауна) на чистом паре и убранном поле со стерней при бессменном возделывании пшеницы в подзоне сухих ковылковых степей Казахстана, которые были получены в 2018 году в рамках выполнения исследований по подпроекту «Оценка влияния землепользования и изменений климата на сообщества почвенных беспозвоночных (макрофауна)» международного научного проекта «Разработка инновационных адаптированных к климату приемов устойчивого использования сельскохозяйственных ресурсов в засушливых степях Казахстана и Юго-Западной Сибири (ReKKS)». В результате проведенных исследований в 2018 году было отобрано 32 почвенно-зоологические пробы на пахотных угодьях ТОО «Диевский», расположенных на территории Аулиекольского района Костанайской области вблизи ковылковой сухой степи Наурзумского государственного природного заповедника, и собрано для анализа 313 экземпляров беспозвоночных животных, которые хранятся в фонде Научно-исследовательского центра проблем биологии и экологии Педагогического института Костанайского регионального университета им. Ахмет Байт^рсын^лы. Установлено, что распределение беспозвоночных неравномерное, обычны специфические вредители сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: почвенные беспозвоночные, мезафауна, Костанайская область, чистый пар, агроценоз.
Abstract. The article presents data on communities of soil invertebrates (macrofauna) on a clean fallow and a harvested field with stubble during permanent wheat cultivation in the subzone of the dry feather grass steppes of Kazakhstan, which were obtained in 2018 as part of research on the subproject "Assessment of the impact of land use and climate change on communities of soil invertebrates (macrofauna)" of the international the scientific project "Development of innovative climate-adapted techniques for the sustainable use of agricultural resources in the arid steppes of Kazakhstan and Southwestern Siberia (ReKKS)". As a result of the research carried out in 2018, 32 soil and zoological samples were taken on the arable lands of Dievsky LLP, located on the territory of the Auliekolsky district of the Kostanay region near the dry feather grass steppe of the Naurzum State Nature Reserve, and 313 specimens of invertebrates were collected for analysis, which are stored in the Research Center for Problems of Biology and Ecology of the Pedagogical Institute of Kostanay Regional University named after Akhmet Baitursynuly. It has been established that the distribution of invertebrates is uneven, and specific crop pests are common.
Key words: soil invertebrates, macrofauna, Kostanay region, clean fallow, agrocenosis.
Введение. Агросистемы сухостепной зоны испытывают воздействие таких ограничивающих факторов как низкая влагообеспеченность, нестабильность погодных условий и как следствие изменения в структуре почвы. В агроценозах формируются обедненные животные сообщества из немногих адаптированных видов почвенной фауны. По изменениям в структуре сообществ почвенных беспозвоночных можно судить о качественных и количественных изменениях, происходящих в почвенном покрове, о степени ее деградации вследствие высого антропогенного прессинга.
Сведения о фауне почвенных беспозвоночных (мезофауна) степей Казахстана приводятся в литературе [1-5]. На территории Костанайской области проводился также
сравнительный анализ почвенной мезофауны естественных и нарушенных местообитаний преимущественно в подзоне темно-каштановых почв (умеренно-сухие и сухие степи) [6-10]. Дальнейшие исследования почвенных беспозвоночных позволят использовать их в качестве индикатора для создания устойчивых агроэкосистем в сухостепных условиях Казахстана.
Материалы и методы. Исследования проводились в 2018 году на территории Аулиекольского района Костанайской области, в рамках подпроекта «Оценка влияния землепользования и изменений климата на сообщества почвенных беспозвоночных (макрофауна)» международного научного проекта «Разработка инновационных адаптированных к климату приемов устойчивого использования сельскохозяйственных ресурсов в засушливых степях Казахстана и Юго-Западной Сибири (ReKKS)» (2017-2021 гг.), с целью изучения изменения структуры сообществ беспозвоночных животных (мезофауна) степных экосистем Северного Казахстана под воздействием антропогенных и климатических факторов.
В Аулиекольском районе было заложено и обследовано два участка: пахотные угодья ТОО «Диевский» — убранное пшеничное поле со стерней и пар, расположение и описания которых приведены ниже (рисунок 1). Применялся метод почвенно-зоологических проб [11, 12]. На каждом участке отбиралось по 16 почвенно-зоологических проб размером 25 см* 25 см, до глубины встречаемости беспозвоночных. С помощью биоценометра отмечались границы площадки, затем в границах пробы почва отбиралась послойно (0-10 см, 10-20 см, 20-30 см, 3050 см) и также послойно размещалась на мешковине белого цвета. Образцы фиксировались 70% этанолом и обрабатывались в лабораторных условиях. Моллюски помещались в 4% раствор формалина. Каждая емкость этикетировалась с указанием места и даты сбора, номера площадки, глубины взятия образца. Для доминирущих групп была принята шкала - 10% и выше от общего числа собранных беспозвоночных, для субдоминантов - 5-10%, для субрецедентов - менее 1% и от 1 до 2% - рецеденты [13]. Отбор проб был проводен 18.05.2018 г. до весенней вспашки земель. Для определения видов по морфологическим признакам использовался стереоскопический микроскоп МБС-10 и определительные таблицы.
Рисунок 1. Местоположение стационарных участков в Аулиекольском районе (участки 1-2). Костанайская область (на основе цифровых карт Google Earth URL: https://www.google .kz/intl/ru/earth/).
Результаты и обсуждение. Аулиекольский район расположен в центральной части Костанайской области [14]. Граничит на севере с Костанайским, на северо-востоке с Алтынсаринским, на востоке с Карасуским, на юге - с Наурзумским, на западе - с Камыстинским
и Тарановским районами Костанайской области. Протяженность района с севера на юг - 112 км, с запада на восток - 130 км.
Рельеф района в целом представлен волнистой равниной, лишь на самом крайнем востоке с севера на юг протягивается широкая Тургайская ложбина. Абсолютные отметки равнины колеблются в пределах 210-270 м, ее поверхность отличается однообразием.
Климат резко континентальный, район находится в пределах сухостепной природной зоны. Годовое количество осадков - 260-280 мм. Среднегодовая температура воздуха - 1,22°С. Засуха - явление частое.
Умеренно-сухая степная природно-климатическая зона. В районе две почвенные зоны: зона черноземов с подзоной южных и малогумусных черноземов и зона каштановых почв. Южные малогумусные черноземы являются лучшими почвами подзоны, они используются для посева зерновых культур. Темно-каштановые почвы являются ценными для производства зерновых культур, в первую очередь пшеницы.
Участок 1. Убранное пшеничное поле с сохраненной стерней после сбора урожая без зяблевой вспашки на месте ковылковой (Stipa lessingiana) степи вблизи границ Наурзумского заповедника. Географические координаты: 51°44'175 N, 063°45'330 E. Участок Терсек. Слабо наклонная равнина Адаевско-Улькаякского плато (0,3°). Географические координаты. Почва темно-каштановая карбонатная тяжелосуглинистая, в поверхностных слоях (до 22 см) сильно агрегированная структура за счет биологической активности корней, почвенных грибов, до 5 см сухой, ниже свежий, соответствует пахотным почвам длительной эксплуатации. В период взятия проб на поле имелась прошлогодняя стерня пшеницы. Посев производился без распашки, по стерне.
Участок 2. Чистый пар после многолетних посевов пшеницы на месте ковылковой (Stipa lessingiana) степи вблизи границ Наурзумского заповедника на участке Терсек. Адаевско-Улькаякское плато, слабо наклонная равнина 0,3°. Географические координаты: 51°44'305 N, 63°45'269 E. Посев пшеницы производился с распашкой, участок расположен напротив пшеничного поля с посевом без распашки. Почва темно-каштановая карбонатная тяжелосуглинистая. Местами отмечены сорные растения.
Общая плотность населения на пшеничном поле со стерней в 2018 году составила 157,0 экз./м2 без учета муравьев, но 46,5% составляли неспецифичные (таблица 1) группы - личинки пшеничных трипсов Haplothrips tritici (Kurdjumov, 1912) (19,1%) и 27,4% - нематоды. Обилие этих групп вредителей напрямую связано с бессменным возделыванием пшеницы на данном поле. Среди других вредителей отмечены щелкун посевной Agriotes sputator (Linnaeus, 1758), на долю которого пришлось 71,4% от общего числа собранных в пробах щелкунов, и щелкуны рода Selatosomus Stephens, 1830. Из чернотелок 50,0% приходилось на распространенный вид Tentyria nomas (Pallas, 1781), 33,3% относились к виду Opatrum sabulosum (Linnaeus, 1761). Единично встречена чернотелка Pedinus femoralis (Linnaeus, 1767) - кукурузный медляк, также относящийся к вредителям сельскохозяйственных культур.
Таблица 1
Состав и относительная плотность (в %%) населения почвенных беспозвоночных (мезофауна) на чистом паре и участке на убранном со стерней поле при бессменном возделывании пшеницы. Подзона темно-каштановых суглинистых карбонатных почв. Костанайская область. Аулиекольский район. Май 2018 год
Группа беспозвоночных Относительная плотность населения (% от общего числа)
Пшеничное поле со стерней Распаханное поле (чистый пар)
NEMATODA 27,4 -
MOLLUSCA - 0,9
ACARI 6,4 0,4
ARANEI 4,5 7,0
MYRIAPODA 2,5 2,6
- Geophilidae 2,5 2,6
HETEROPTERA 3,2 6,1
ORTHOPTERA 0,6 1,7
Группа беспозвоночных Относительная плотность населения (% от общего числа)
Пшеничное поле со стерней Распаханное поле (чистый пар)
COLEOPTERA 47,8 56,5
- Carabidae , imago 1,9 7,0
larvae, pupa 1,9 1,7
- Elateridae 8,9 7,0
- Tenebrionidae, imago 3,2 6,9
larva, pupa 0,6 3,5
- Chrysomelidae 0,6 0,9
- Curculionidae 3,8 3,5
- Staphylinidae 3,8 22,6
- Другие жуки 3,8 4,3
THYSANOPTERA 19,1 -
DIPTERA 7,6 13,0
LEPIDOPTERA - 1,7
Число экз./м2 (без муравьев) 157,0 115,0
Экз./0.0625 m2 (M + m) 9,8+2,7 7,19+0,74
CV (%) 108,8 41,03
-Рточность 27,2 10,26
Тдостоверность 3,7 9,75
Число экз./м2 (с муравьями) 166,0 147,0
Плотность населения почвенных беспозвоночных (без учета муравьев) на чистом паре в 2018 году составила 115,0 экз./м2. Доминировали жесткокрылые - 56,5% и двукрылые (13,0%). Из жесткокрылых 40,0% составляли мелкие хищные жуки стафилиниды (охотятся на поверхности почвы). Среди вредителей отмечены щелкуны (по 42,9% приходилось на Agriotes sputator и Selatosomus sp.) и чернотелки: Opatrum sabulosum - 69,2%, единично отмечены чернотелки Oodescelispolita (Sturm, 1807) и Gonocephalumpusillum (Fabricius, 1791). Кроме того, на участке с чистым паром были отмечены кубышки саранчовых - 1,7% от общего числа собранных беспозвоночных.
Распределение беспозвоночных на обоих участках неравномерное, особенно на участке со стерней (коэффициент вариации 108,8%), что связано с нахождением компактных групп трипсов и нематод. На обоих участках отсутствовали дождевые черви. На участке с многолетними посевами по стерне были отмечены специфические вредители пшеницы.
Важным показателем структуры населения и роли организмов в функционировании экосистем является биомасса. Ниже приведены показатели общей биомассы почвенной мезофауны на обследованных участках (таблица 2).
Таблица 2
Общая биомасса населения почвенных беспозвоночных (мезофауна) в подзоне темно-каштановых почв на тяжелых карбонатных суглинках. Костанайская область, Аулиекольский район. Май, 2018 год
Биомасса. Статистические показатели Пшеничное поле со стерней Пар
Биомасса (M, г/м2): 0,0325 0,357
Биомасса на пробу (г/0.0625 m2) (M + m) 0,033+0,011 0,36+0,123
CV (%) 146,7 137,97
Рточность 34,61 34,49
Тдостоверность 2,95 2,89
По результатам проведенных сборов, большая биомасса беспозвоночных была зарегистрирована на участке под паром, что связанно с общим составом населения, отсутствием обработки почвы и наличием сорной растительности на данном участке.
По сравнению с населением близлежащего участка целинной ковылковой степи на территории Наурзумского заповедника [15] сообщества почвенных беспозвоночных в агроэкосистемах менее разнообразны. В то же время в целинной степи в районе исследований также отсутствовали дождевые черви и в составе населения преобладали насекомые (80,0-93,4% от общего числа собранных беспозвоночных), в первую очередь жесткокрылых, что указывает на региональные особенности сообществ почвенных беспозвоночных [1-2].
Данные исследователей в других регионах подтверждают бедность группового состава комплексов беспозвоночных в биотопах с неблагоприятными условиями [16]. Низкое биоразнообразие или отсутствие сапрофагов и гумусообразователей также указывают на неблагоприятные условия в биогеоценозе [17].
В целом число видов, плотность населения и биомасса почвенной мезофауны снижаются в агроэкосистемах района исследований. По мнению ряда авторов, это происходит за счет сокращения доступных органических веществ и необходимых элементов в почве [17], что еще раз указывает на ведущую роль почвенно-растительного покрова как основы формирования почвенных сообществ [18].
Выводы. Хозяйственная деятельность оказывает существенное влияние на состав и структуру беспозвоночных животных. На длительно используемых участках снижается разнообразие групп и видов. В составе почвенной мезофауны на обследуемых участках на чистом паре и убранном поле со стерней при бессменном возделывании пшеницы в подзоне сухих ковылковых степей доминировали жесткокрылые, отсутствовали дождевые черви. На участке со стерней, наряду с региональными вредителями сельскохозяйственных культур (преимущественно щелкунов, чернотелок), отмечены специфические вредители злаковых культур - пшеничные трипсы и нематоды. Отмечена неравномерность распределения беспозвоночных и скопление специфических вредителей на хозяйственно используемых землях. На паре возрастала доля хищных наземно обитающих форм.
Благодарности. Работы выполнены в рамках инициативной научно-исследовательской работы «Оценка влияния землепользования и изменений климата на сообщества почвенных беспозвоночных (мезофауна)» (зарегистрирована в АО НЦГНТЭ, № 0119РКИ0195) и выполнения международного научного проекта «Инновации для устойчивого использования сельскохозяйственных ресурсов и адаптации климата в засушливых степях Казахстана и Юго-Западной Сибири (ReKKS)». Авторы выражают благодарность оказавшим помощь в полевом сборе и обработке материалов.
Список литературы
1. Брагина Т.М. Закономерности изменений животного населения почв при опустынивании (на примере сухостепной зоны Центральной Азии): Автореф. дисс. ... д-ра. биол. наук. М., ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН, 2004. 46 с.
2. Брагина Т.М. Структура сообществ почвенных беспозвоночных целинных и залежных земель в условиях степных плакоров Северного Тургая // Вестник КазНУ им. аль-Фараби, Сер. экологическая. 2004. № 2 (15). С. 12-15.
3. Брагина Т.М. Изменения структуры сообществ почвенных беспозвоночных степей Северного Тургая по градиенту засушливости местообитаний // Проблемы освоения пустынь. 2004. № 4. С. 53-58.
4. Брагина Т.М. Закономерности формирования сообществ беспозвоночных на залежных землях степного Казахстана // Докл. НАН РК. 2004. № 5. С. 88-91.
5. Брагина Т.М. Сравнительные исследования структуры животного населения почв целинных и залежных земель сухостепного Казахстана // Проблемы почвенной зоологии: Материалы III (XIII) Всероссийского совещания по почвенной зоологии, посвящ. 90-летию академика М.С. Гилярова (Йошкар-Ола, 01-05 октября 2002 года) / Под ред. Б.Р. Стригановой. Йошкар-Ола: KMK Scient, 2002. С. 30-31.
6. Брагина Т.М. Сравнительный анализ населения почвенных беспозвоночных степей и залежей в подзоне умеренно-сухих степей Казахстана // Известия НАН РК. Серия биологическая и медицинская. 2004. № 4. С. 25-30.
7. Брагина Т.М., Муратова С.М., Степанова Т.Н., Чабаненко Е.В. Изменения населения почвенных беспозвоночных (мезофауна) на степной трансекте Северного Казахстана (Костанайская область) // Степи Северной Евразии: Материалы IV Междунар. симпозиума. Оренбург: ИПК Газпромпечать», 2006. С. 139142.
8. Брагина Т.М., Брагин Е.А., Рулёва М.М., Бобренко М.А. Влияние климатических факторов на состав и структуру сообществ почвенных беспозвоночных (мезофауна) целинных степей Костанайской
области // Султангазинские чтения: Материалы I-ой Междунар. науч.-практ. конф. (17-18 мая 2019 г.). Костанай: КГПУ, 2019. С. 198-202.
9. Брагина Т.М., Рулёва М.М. Сравнительный анализ структуры населения почвенных беспозвоночных целинных и залежных земель в подзоне обыкновенных черноземов в Костанайской области // КМПИ Жаршысы (Вестник КГПИ). 2023. № 1. С. 56-61.
10. Bragina T.M., Bragin E.A., Bobrenko M.A., Rulyova М.М. The comparative analysis of the soil invertebrate's communities (macrofauna) on virgin and cultivated lands of Kostanay district, Kostanay region // Publishings KSPI. 2019. No 2(54). P. 47-52.
11. Гиляров М. С. Зоологический метод диагностики почв. М.: Наука, 1965. 278 с.
12. Фасулати К.К. Полевое изучение наземных беспозвоночных. М.: Высшая школа, 1971. 424 с.
13. Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле. М.: Наука, 1993. 277 с.
14. Костанайская область. Энциклопедия. Алматы: Арыс, 2006. 736 с.
15. Bragina T.M. Soil macrofauna (invertebrates) of Kazakhstanian Stipa lessingiana dry steppe // Hacquetia, 2016. No 15/2. P. 105-112. https://doi.org/10.1515/hacq-2016-0017.
16. Нагуманова Н.Г. Влияние гидротермических условий почвы на комплексы беспозвоночных Бузулукского бора // Вестник ОГУ. 2006. № 4. С. 79-80.
17. Русанов А.М., Гаевская М.А. Изменения в сообществе почва растение почвенная мезофауна под влиянием антропогенной нагрузки // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12(131). С. 129-131.
18. Pokarzhevskii A.D., Krivolutskii D.A. Problems of estimating and maintaining biodiversity of soil biota in natural and agroecosystems: a case study of chernozem soil // Agriculture, Ecosystems & Environment. 1997. No 62. P. 127-133. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(96)01139-5.
19. Kunakh O., Zhukova Y., Yakovenko V., Zhukov O. The role of soil and plant cover as drivers of soil macrofauna of the Dnipro River floodplain ecosystems // Folia Oecologica. 2023. No 50 (1). P. 16-43.
