Современные микробиологические методы в геоэкологическом мониторинге молодых почв озерных депрессий Барабы Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 631.484

М.В. Якутии, Л.Ю. Анопченко ИПА СО РАН, СГГА, Новосибирск

СОВРЕМЕННЫЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ МОЛОДЫХ ПОЧВ ОЗЕРНЫХ ДЕПРЕССИЙ БАРАБЫ

Известно, что озерам Западной Азии свойственна значительная внутривековая изменчивость водного режима. В результате такого положения южная часть Западной Сибири испытывает резкие колебания в состоянии водных ресурсов. В относительно короткие фазы повышенной увлажненности водные ресурсы находятся в удовлетворительном состоянии. Наоборот, в фазы пониженной увлажненности, всегда более продолжительные, чем первые, количество поверхностных и подземных вод значительно уменьшается: сток рек, в среднем незначительный и

неустойчивый, еще более снижается; озера усыхают или пересыхают; уровень грунтовых вод и даже зачастую подземных вод понижается.

На территории Барабинской низменности находится более 3000 озер, большая часть которых бессточные или периодически бессточные озера [1].

Глобальные климатические изменения в ХХ в., связанные с развитием парникового эффекта, ведут к усилению аридности климата на территории юга Западной Сибири. Повышение температуры воздуха вместе с незначительным увеличением количества осадков должно привести к уменьшению увлажненности территории и к дальнейшему усыханию или полному пересыханию многочисленных озер Барабинской равнины. На обсыхающих территориях активно идут процессы почвообразования. В свете существующей тенденции к усилению аридности климата можно утверждать, что площади обсыхающих участков пойм соленых озер Барабы в будущем будут увеличиваться.

До настоящего времени не предложено простых, быстрых и надежных методов экологического мониторинга почв, формирующихся на обсыхающем дне соленых озер. Применяемые в настоящее время классические почвенные и ботанические методы мониторинга не всегда могут успешно использоваться.

В последние десятилетия в практике почвенно-экологического мониторинга во всем мире все более широкое применение находят современные почвенно-микробиологические методы. Основное отличие этих методов - простота и быстрота исполнения, возможность параллельного анализа большого количества образцов. Эти методы, в отличие от ботанических, могут применяться вне связи с фазами развития растений, вне зависимости от частых в травяных экосистемах палов или особенностей сельскохозяйственного использования почв.

Цель настоящего исследования состояла в оценке применимости современных микробиологических методов в практике почвенноэкологического мониторинга молодых почв озерных депрессий Барабинской равнины.

В качестве объектов исследования были выбраны 5 разновозрастных почв, расположенных на южном берегу оз. Чаны вблизи д. Староярково Барабинского р-на НСО.

1 почва - эмбриозем - озерный ил с песком на уровне уреза воды оз. Чаны. Абс. высота 105 м. Растительность отсутствует.

2 почва - солончак луговой в 100 м от уреза воды озера Чаны. Абс. высота 105 м. Солянковый луг.

3 почва - луговая солончаковатая в 200 м от уреза воды озера Чаны. Абс. высота 106-107 м. Разнотравно-злаковый луг, периодически используется как пастбище.

4 почва - солонец глубокий на расстоянии 1 км от берега озера Чаны на юго-восточном слабонаклонном склоне невысокой гривы. Абс. высота 110 м. Разнотравно-полынно-ковыльный остепненный луг.

5 почва - черноземно-луговая на расстоянии 1,5 км от берега озера Чаны на вершине большой гривы. Абс. высота 113 м. Разнотравно-злаковый луг, используется как постоянный сенокос.

Все почвенные образцы отбирались в августе 2004 года из генетических горизонтов всех исследованных почв по общепринятой методике. Образцы сразу после отбора помещались в полиэтиленовые пакеты, доставлялись в лабораторию и до проведения анализов хранились в холодильнике. Подготовка к микробиологическому анализу включала в себя просеивание почвы через сито с диаметром ячеек 3 мм [2]. В образцах определялось содержание углерода биомассы почвенных микроорганизмов (С биомассы) методом фумигации-инкубации [3, 4]. Дыхательная

активность оценивалась общепринятым методом по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной 24 часа в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 28оС и влажности 60% от полной влагоемкости.

Также в данной работе вычислялся показатель удельной активности микробобиомассы - метаболический коэффициент ^), как отношение величины С-СО2, выделившегося из почвы за 1 час, к величине С биомассы микроорганизмов [5].

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 хлоридности и увеличения в их солевом составе роли ионов сульфатов и гидрокарбонатов.

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. Так наиболее старыми почвами на Причановской территории

Барабинской равнины являются черноземные почвы, расположенные на вершинах грив. По мере снижения гипсометрических уровней, т.е. уменьшения возраста почв, увеличивается их гидроморфность, неустойчивость вводно-солевого режима [6].

Н.И. Базилевич отмечала большие скорости почвообразовательных процессов в Барабинской равнине [7]. Руководствуясь данными топографических и геологических карт 20-х, 40-х и 80-х годов ХХ в., мы оценили примерный возраст исследованных почв: почва 2 - 10 лет, почва 3 -40 лет, почва 4 - 60 лет, почва 5 - 80 лет. Возраст почвы 1 принят за 1 год.

Эмбриозем (почва 1) характеризовался низким уровнем биомассы микроорганизмов и высоким уровнем дыхательной активности. Это объясняется высоким содержанием и интенсивным разложением органического вещества озерного ила в только что вышедшей из-под воды молодой почве (рис. 1а и 11а).

В луговом солончаке (почва 2) наблюдается рост запасов углерода биомассы в верхнем (0-10 см) слое почвы и резкое снижение дыхательной активности по всему профилю почвы (рис. 1б и Пб).

На следующем этапе эволюции почв озерных депрессий происходит постепенное распреснение почвенных профилей. И в луговой солончаковатой почве (почва 3) происходит резкое увеличение содержания микробобиомассы в верхнем 0-10 см слое. В нижележащих горизонтах уровень биомассы микроорганизмов остается низким (рис. 1в и Пв). Дыхательная активность низка по всему профилю и незначительно отличается от таковой в солончаке луговом.

В солонце глубоком и в черноземно-луговой почве (почвы 4 и 5) уровень микробобиомассы в верхнем 0-10 см слое остается на уровне луговой почвы, но отмечается значительный рост биомассы в нижележащих горизонтах. На этих стадиях эволюции почв отмечается резкий рост дыхательной активности (рис. 1г-д и Пг-д).

I а II а

0 20 40 60 80 100

0-10 см

0 12 3

0-10 см

I б

0 20 40 60 80 100

- ^__________________________

I (0-10 см)

II (10-20)

III (20-30)

IV (30-40)

V (40-70)

II б

0 12 3

I (0-10 см)

II (10-20)

III (20-30)

IV (30-40)

V (40-70)

I в

II в

0 20 40 60 80 100

A1 (0-10 см) В1 (10-20) В2С1 (20-32) С2 (32-55)

A1 (0-10 см) В1 (10-20) В2С1 (20-32) С2 (32-55)

I г

II г

0 20 40 60 80 100

A1 (0-10 см) А2В1 (10-20) В2С1 (20-36) С2 (36-60)

А1 (0-10 ш) A2Â1 (10-20) Á2Ñ1 (20-36) Ñ2 (36-60)

I д

II д

0 20 40 60 80 100

А1 (0-10 см)

В2С1 (20-37)

С3 (55-80)

А1 (0-10 см) А2В1 (10-20) В2С1 (20-37) В3С2 (37-55) С3 (55-80)

Рис. 1. Содержание углерода биомассы микроорганизмов (мг С/ 100 г почвы) (I) и уровень дыхательной активности (мкг СО2-С/ г почвы в час) (II) в профилях эмбриозема (а), солончака лугового (б), луговой почвы (в), солонца глубокого (г) и черноземно-луговой почвы (д)

Максимальная удельная активность биомассы почвенных микроорганизмов отмечается в эмбриоземе (8,1 мкг СО2-С/ мг С биомассы в час). В солончаке луговом и в луговой солончаковатой почве удельная активность в верхнем 0-10 см слое снижается в 16 раз по сравнению с эмбриоземом. Ниже 30 см при переходе от солончака к луговой солончаковатой почве наблюдается значительный рост (в 3 -10 раз) рост этого показателя. При переходе от луговой почвы к солонцу и далее к черноземно-луговой почве происходит резкое увеличение удельной активности до 2,2 мкг СО2-С/ мг С биомассы в час в верхнем 0-10 см слое этих почв. Отмечается также рост удельной активности и в нижележащих горизонтах солонца глубокого и черноземно-луговой почвы.

Таким образом, проведенное исследование продемонстрировало, что современные микробиологические методы могут успешно применяться для диагностики и экологического мониторинга почв, формирующихся в поймах обсыхающих соленых озер Барабинской равнины.

0

1

2

3

0

1

2

3

0

2

3

Диагностическим показателем 1 стадии развития таких почв - стадии луговых солончаков - являются низкие значения биомассы почвенных микроорганизмов и крайне низкие значения дыхательной активности.

На 2 стадии - стадии луговых засоленных почв - важным диагностическим показателем может быть высокие значения содержания микробобиомассы в верхнем 0-10 см слое почвы при низком уровне дыхательной активности.

На 3 и 4 стадиях - стадии солонцов и черноземных почв важнейшим диагностическим показателем является высокое содержание микробобиомассы в почвенном профиле и высокая дыхательная активность.

Высокая удельная активность может быть хорошим диагностическим показателем эмбриоземов - молодых почв, формирующихся на только что обсохших участках дна.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности - Л.: Наука,1968. - 246 с.

2. Методы почвенной микробиологии и биохимии, М.: Изд-во МГУ, 1991. - 303 с.

3. Jenkinson D.S., Powlson D.S. The effect of biocidal treatments on metabolism in soil.

V. A method for measuring soil biomass.// Soil. Biol. Biochem. - 1976. - V. 8, N3 - P. 209 -213.

4. Schinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R., Methods in soil biology, Berlin, Springer-Verlag, 1996.

5. Anderson T.H., Domsch K.H., Determination of ecolophysiological maintenance carbon requirements of soil microorganisms in a dormant state // Biol. Fert. Soil. - 1985. - V.1, N5 - P. 81-89.

6. Пульсирующее озеро Чаны. - Л.: Наука, 1982. - 304 с.

7. Базилевич Н.И., Ковалев Р.В. Особенности почвенного покрова. - В кн.:

Структура, функционирование и эволюция системы биогеоценозов Барабы, т. 1. Новосибирск, 1974, с. 21-24.

© М.В. Якутии, Л.Ю. Анопченко, 2005