CC BY
80
УДК 631.427
М.В. Якутии, Ч. Лхагвасурэн, А.Н. Цвельчугов ИПА СО РАН, Новосибирск
Ховдский Государственный Университет, Ховд, Монголия СГГА, Новосибирск
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ПАСТБИЩ В ПОЛУПУСТЫНЯХ ЗАПАДНОЙ МОНГОЛИИ
Экосистемы аридных и семиаридных областей отличаются повышенной уязвимостью, и поэтому даже сравнительно слабые антропогенные воздействия могут существенно нарушать природное равновесие, стимулировать процессы прогрессирующей деградации и опустынивания.
Термин «опустынивание» был введен в литературу в 20-е годы ХХ века для обозначения процесса смены растительного покрова на пастбищах в результате выпаса. В 1977 году на конференции ООН по борьбе с опустыниванием в Найроби было принято определение опустынивания, как «уменьшения или уничтожения биологического потенциала земли, которые, в конечном счете, могут привести к возникновению условий, аналогичных естественной пустыне». Т. е., к опустыниванию (чрезмерной деградации) приводит антропогенное воздействие на аридные и семиаридные экосистемы, превышающее способность этих экосистем к самовосстановлению [1].
Малонаселенность и сохранение в значительной мере традиционного хозяйственного уклада предопределяют преимущественно экстенсивный характер природопользования в Монголии. Господствующие на ее территории экосистемы степей и полупустынь изменены сравнительно слабо и нередко функционируют в режиме, близком к естественному. Но в настоящее время антропогенные нагрузки на природные комплексы Монголии возрастают, в интенсивное хозяйственное использование вовлекаются все новые территории и все более широкий круг экосистем [2]. В современных аридных и семиаридных экосистемах Монголии многовековая пастбищная дигрессия привела к усилению процессов опустынивания, что проявляется в закустаривании степных экосистем, изменении роли доминантов в сообществах, изменении экологических условий, позволяющих поселяться видам, свойственным полупустынной и пустынной зонам (галофиты, облигатные псаммофиты и пустынные сорные виды) [1].
Таким образом, в условиях усиливающегося антропогенного пресса наблюдается ускоренная деградация экосистем аридных и семиаридных территорий, и основная причина такой деградации - увеличение пастбищной нагрузки. В этих условиях становится актуальным поиск и разработка надежных быстрых и относительно простых методов экологического мониторинга аридных и семиаридных экосистем. Речь идет, прежде всего, о методике оценки современного состояния и нарушенности экосистем с учетом характера и степени антропогенного воздействия на природные комплексы. Оценка степени нарушенности пастбищ по состоянию
растительности является наиболее распространенной, но этот показатель не может использоваться для целей мониторинга после палов, массового выпаса скота и т.д., т.е. в тех случаях, когда растительность на исследуемом участке отсутствует.
Западная Монголия является одной из 11 основных областей
Л
Центральной Азии. Эта территория имеет площадь более 100000 км и приурочена к депрессии, пролегающей между хребтами Монгольского Алтая и Хангая. За данной территорией утвердилось название Котловина Больших озер. Наиболее характерными экосистемами в Западной Монголии являются сухие степи и полупустыни [3]. В условиях Западной Монголии наибольшую актуальность имеют мониторинговые исследования экосистем, находящихся под различной по силе пастбищной нагрузкой.
Таким образом, цель настоящего исследования состояла в оценке применимости современных микробиологических методов для целей почвенно-экологического мониторинга и в оценке влияния пастбищной нагрузки на запас биомассы почвенных микроорганизмов в бурых пустынно-степных почв Западной Монголии.
Основа деструкционного звена биологического круговорота в наземных экосистемах - почвенные микроорганизмы [4]. В настоящей работе изучались основные показатели структуры (общая биомасса) и функционирования (дыхательная активность и метаболический коэффициент) сообщества почвенных микроорганизмов.
Объекты настоящего исследования были выбраны во время совместной российско-монгольской экспедиционной поездки в Ховдском аймаке Республики Монголия в июле 2006 г. вблизи Больших озер Хара-Ус-Нур, Хара-Нур и Дургэн-Нур на больших массивах бурых пустынно-степных щебнистых почв. Объектами исследования стали участки пастбищ, находящиеся на протяжении последних десятилетий под различно по силе пастбищной нагрузкой. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные характеристики исследованных экосистем
№ п/п Экосистема Проективное покрытие (%) Высота травостоя (см) Пастбищная нагрузка
К1 устарниковое полупустынное сообщество 10 5-50 Слабая нагрузка, осеннее-весенний выпас скота
Кустарниковое полупустынное сообщество 15 3-20 Средняя нагрузка, выпас скота в течение всего года
Кустарничково- 5 2-10 Сильная нагрузка в
разнотравное течение всего года
полупустынное
сообщество
Образцы почв в исследованных экосистемах отбирались в июле 2006 г. из слоев 0-10, 10-20 и 20-35(40) см. В каждом слое отбирались 4 индивидуальных образца по общепринятой методике [5], которые затем доставлялись в лабораторию для анализов.
В почвенных образцах определялись следующие показатели: органический углерод (Сорг) по методу Тюрина [6], углерод в биомассе почвенных микроорганизмов (С биомассы) методом фумигации-инкубации [7] в модификации [8]. Статистическая обработка полученных результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [9].
Лето 2006 года в Западной Монголии не отличалось по температурам и количеству осадков от среднемноголетней нормы. Влажность всех отобранных почвенных образцов была низкой: 0,75 - 3,50%.
Минимальная концентрация почвенного органического вещества была зафиксирована в нижних (20-35(40) см) горизонтах исследованных почв на участках с сильной и средней пастбищной нагрузкой (рис. 1).
А
0 0,1 0,2 0,3 0,4
0-10 см 10-20 см 20-35 см
Б
0,1 0,2 0,3 0,4
0-10 см 10-20 см 20-35 см
ггп
ГГП
0
2 П
0 0,1 0,2 0,3 0,4
1,5
0-10 см 10-20 см 20-40 см
НСР(5%) =0,1
Рис. 1. Почвенный органический углерод (%) в профилях изученных почв:
А - на участке со слабой пастбищной нагрузкой, Б - на участке со средней пастбищной нагрузкой, В - на участке с сильной пастбищной нагрузкой, Г - значения F критерия для различных факторов, влияющих на Сорг (А - пастбищная нагрузка, В - глубина по профилю почвы, АВ - взаимодействие факторов)
Также была отмечена тенденция к увеличению концентрации Сорг при усилении пастбищной нагрузки. Но при оценке силы влияния различных факторов на концентрацию Сорг по критерию Фишера оказалось, что ни фактор, определяемый силой пастбищной нагрузки, ни фактор, определяемый изменением глубины по профилю почвы, не являются значимыми (рис. 1г).
Таким образом, показатель концентрации почвенного органического вещества не может использоваться в практике экологического мониторинга для оценки степени деградации экосистем на бурых пустынно-степных почвах при усилении пастбищной нагрузки.
Максимальный запас С биомассы микроорганизмов был зафиксирован в верхнем (0-10 см) горизонте бурой пустынно-степной почвы, находящейся в условиях сильной пастбищной нагрузки (рис. 2). В этом же слое в почвах пастбищ, находящихся под слабой и средней пастбищной нагрузкой, С микробобиомассы был почти в 2 раза ниже. В слое 10-20 см прослеживалась тенденция к увеличению С биомассы микроорганизмов при усилении пастбищной нагрузки. В горизонте 20-35(40) см данный показатель резко снижается во всех изученных почвах, но различия между различными участками по запасам С биомассы оказались незначимыми.
А Б
Иг
1
0,5
0
А
АВ
В
10
20
30
0-10 см
10-20 см
20-35 см
В
0 10 20 30
0-10 см
20-35 см
Г
10
20
30
0-10 см 10-20 см 20-40 см
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
А
АВ
НСР(5%) = 5,0
Рис. 2. Углерод в биомассе почвенных микроорганизмов (мг С / 100 г почвы)
в профилях изученных почв:
А - на участке со слабой пастбищной нагрузкой, Б - на участке со средней пастбищной нагрузкой, В - на участке с сильной пастбищной нагрузкой, Г - значения F критерия для различных факторов, влияющих на С биомассы (А - пастбищная нагрузка, В - глубина по профилю почвы, АВ - взаимодействие факторов; * - р<0,05, *** - р<0,001)
При оценке силы влияния различных факторов на С биомассы микроорганизмов с использованием критерия Фишера продемонстрировано сильное влияние факторов, определяемых силой пастбищной нагрузки и глубиной по профилю исследованных почв на данный показатель (рис. 2г).
Таким образом, при усилении пастбищной нагрузки в экосистемах полупустынь Западной Монголии наблюдается постепенное увеличение запасов С биомассы микроорганизмов. И данный показатель может успешно использоваться в практике экологического мониторинга.
Важным показателем состояния деструкционного блока экосистемы является показатель доли С биомассы микроорганизмов в общем запасе Сорг. Данный показатель в исследованных экосистемах изменялся от 6-7% на участках со слабой и средней пастбищной нагрузкой до 10% на участке с сильной пастбищной нагрузкой. Влияние факторов, определяемых пастбищной нагрузкой и глубиной по профилю исследованных почв с использованием критерия Фишера, оказалось значимым на уровне 0,01 и 0,001 соответственно.
Таким образом, при усилении пастбищной нагрузки наблюдается постепенное увеличение запасов С биомассы и доли С биомассы в Сорг в бурых пустынно-степных почвах Западной Монголии.
0
0
В
Можно сделать вывод о возможности использования современных микробиологических методов в экологическом мониторинге пастбищ на бурых полупустынных почвах Западной Монголии. Показатель общего запаса почвенного органического вещества не может быть предложен в качестве мониторингового в зоне полупустынь Западной Монголии. Наилучшим показателем для целей экологического мониторинга в этих экосистемах являются показатели запасов углерода биомассы почвенных микроорганизмов и доли С биомассы микроорганизмов в Сорг.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гунин, П.Д. Современные процессы деградации и опустынивания экосистем восточноазиатского сектора степей и лесостепей / П.Д. Гунин, И.М. Микляева // Современные глобальные изменения природной среды. В 2-х томах. Т.2.- М.: Научный мир, 2006. - 776 с.
2. Гунин, П.Д. Охрана экосистем Внутренней Азии / П.Д. Гунин, Е.А. Востокова, Е.Н. Матюшкин.- М.: Наука, 1998.- 219 с.
3. Синицын, В.М. Центральная Азия / В.М. Синицын.- М.: Гос. изд-во географ. лит-ры, 1959.- 456 с.
4. Тейт, Р. III Органическое вещество почвы: Биологические и экологические аспекты / Р. III Тейт.- М.: Мир, 1991. - 400 с.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии.- М.: Изд-во МГУ, 1991. - 303 с.
6. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина.- М.: Изд-во МГУ, 1970.- 487 с.
7. Schinner, F. Methods in soil biology / F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
8. Voroney, R.P. Determination of KC and KN in situ for calibration of the chloroform fumigation-incubation method / R.P. Voroney, E.A. Paul // Soil. Biol. Biochem.- 1984, V.16.- P. 914.
9. Плохинский, И.А. Биометрия / И.А. Плохинский. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 358
с.
©М.В. Якутии, Ч. Лхагвасурэн, А.Н. Цвельчугов, 2007
