Структура запасов почвенного органического вещества в мониторинге молодых экосистем, формирующихся в подзоне сухих степей Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

1 2 М.В. Якутии , Д.С. Дубовик

1ИПА СО РАН, Новосибирск

2СГГ А, Новосибирск

СТРУКТУРА ЗАПАСОВ ПОЧВЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МОНИТОРИНГЕ МОЛОДЫХ ЭКОСИСТЕМ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ В ПОДЗОНЕ СУХИХ СТЕПЕЙ

M.V. Yakutin 1, D.S. Dubovik 2 1ISSA SB RAS, Novosibirsk 2SSGA, Novosibirsk

STRUCTURE OF STOCK OF SOIL ORGANIC MATTER IN MONITORING OF YOUNG ECOSYSTEMS FORMING IN A SUBZONE OF DRY STEPPES

The analysis of the perennial researches data from a steppe zone of Ubsu-Noor depression is carried out and tendencies of change of structure of soil organic matter’s stock during development of chestnut soil is examined. There is a conclusion about capability to use some parameters of structure of soil organic matter’s stock in monitoring of young ecosystems and soils in a subzone of dry steppes.

Почвообразовательный процесс можно представить, как процесс преобразования исходного субстрата почвенными микроорганизмами. Разложение опада сопровождается образованием биомассы микроорганизмов-разрушителей и ресинтезом органических веществ. Один из важнейших итогов функционирования почвенной микробной биомассы -это формирование запасов почвенного органического вещества [1].

Породы, обнаженные в результате некоторых природных процессов и техногенеза, и выступающие в качестве почвообразующего материала характеризуются малым содержанием биофильных элементов. Развитие почв на них происходит по зональному или интразональному типу, и сформировавшиеся зрелые почвы являются терминальной стадией развития эмбриоземов [2].

По мере сукцессии почвенной биоты происходит формирование гумусовых запасов молодых почв [3]. Процессы иммобилизации С и N в большой мере связаны с вовлечением этих элементов в микробную биомассу. И поэтому изучение процессов накопления биомассы и установление ее доли в общем пуле органического вещества формирующейся почвы имеет большое значение [2].

Целью настоящего исследования было изучение структуры запасов почвенного органического вещества и оценка применимости этого показателя в практике мониторинга молодых экосистем и почв, формирующихся в подзоне сухих степей. В качестве объектов исследования были выбраны три участка на подгорной равнине Хребта Сенгилен в Убсунурской котловине (Республика Тыва) на зарастающей песчаной гряде Цугер-Элс и сухая степь

на каштановой почве вблизи останца Онджалан в качестве терминальной стадии развития экосистем. Абсолютные высоты участков 1 050-1 150 м над уровнем моря. Все выбранные участки находятся под умеренной пастбищной нагрузкой: летней (Цугер-Элс) и зимней (Онджалан).

Песчаные массивы широко представлены в центре Убсунурской котловины. Для них характерны широкие и вытянутые грядово-бугристые формы рельефа. С подветренной стороны, особенно на теневых склонах и в понижениях таких песчаных массивов формируются «каштановые пески» (на слабо закрепленных участках) и каштановые и светло-каштановые почвы (на хорошо закрепленных участках). Гряда зарастающих песков Цугер-Элс имеет общую высоту около 40 м и протяженностью около 14 км с северо-запада на юго-восток [4]. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика исследованных экосистем

№ п/п Расположен ие Экосистема Почва Проективное покрытие, (%) Высота травостоя, (см)

1 (а) Цугер-Элс (Эль) Разреженное злаковоесообщес тво Закрепленный песок 2 10

2 (б) Цугер-Элс (Транс) Разнотравнозлаковоковыльная сильно разреженнаясухая степь Светло- каштановаямалом ощная песчаная 20 10

3 (в) Цугер-Элс (Ак) Разнотравнозлаковая сухая степь Светло- каштановаямалом ощнаясупесчаная 30 20

4 (г) Близостанц а Онджалан Разнотравнополыннозлаковая сухая степь с примесью караганы Каштановаясупес чанаямаломощная мелко-щебнистая 60 5-30

Образцы отбирались в июле и сентябре 1998 г., августе 1999 г., мае 2000 г. и августе 2002 г. по профилям всех исследованных почв. В почвенных образцах определялась концентрация Сорг методом Тюрина [5], содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации [6], величина активной биомассы микроорганизмов [7]. Величина биомассы не характеризует прямо активность комплекса почвенных микроорганизмов, так как большая часть этого комплекса находится в неактивном состоянии и лишь от 11 до 46% почвенных микроорганизмов активны [8]. Именно эта активная часть микробобиомассы является деятельным агентом всех почвеннобиологических процессов. Для оценки структуры запасов почвенного органического вещества рассчитывалась доля С-биомассы в Сорг и доля активной биомассы в общем запасе С-биомассы. Статистическая обработка

результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [9].

Закрепленный песок, являющийся инициальной стадией развития каштановой почвы, характеризовался минимальными запасами Сорг (0,16-0,22 %) (рис. 1 а). Но уже следующей стадии развития каштановой почвы (транзитная позиция катены Цугер-Элс) в светло-каштановой маломощной песчаной почве запас Сорг увеличивался в 4 раза и в процессе дальнейшего развития каштановой почвы практически не изменялся (рис. 1 б-г).

а

б

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0-10 см 10-20 см

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0-10 см 10-20 см

11111111

11111

ш

в

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0-10 см 10-20 см

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

г

НСР(5 %) = 0,10

Рис. 1. Содержание Сорг (%) в профиляхразновозрастных почв, формирующихсяв подзоне сухих степей

В процессе развития каштановой почвы при переходе от закрепленного песка к светло-каштановой маломощной песчаной почве выявлено сильное влияние комплекса факторов, определяемых возрастом почвы ^ = 692), сроком отбора образцов ^ = 55) и глубиной по профилю ^ = 28). На следующих стадиях развития каштановой почвы отмечается высокая степень влияния на Сорг только комплекса факторов, определяемых глубиной по профилю почвы ^ = 16-18).

Микробная биомасса - активная часть почвенного органического вещества - постепенно увеличивается по мере развития каштановой почвы. Также постепенно происходит и увеличение доли С-биомассы в Сорг от 0,4 %в закрепленном песке до 3,3 % в каштановой супесчаной маломощной мелко-щебнистой почве (рис. 2).

Сильное влияние комплекса факторов, определяемых возрастом почвы, на долю С-биомассы в Сорг выявлено только на первой стадии развития каштановой почвы (Б=31). Влияние комплекса факторов, определяемых сроком отбора образцов и глубиной по профилю почвы, на данный показатель оказалось не значимым.

Минимальные значения величины активной биомассы были отмеченыв закрепленном песке. Содержание активной микробобиомассы в развивающихся молодых каштановых почвах варьировало от 0,9 до 5,6 мг С-биомассы на 100 г почвы и в основном определялось возрастом молодой почвы.

а

б

0-10 см 10-20 см

0

1

2

3

4

0 12 3 4

в

г

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

0-10 см 10-20 см

1

»т» V ■- У

НСР(5%)=0,7

Рис. 2. Доля С-биомассы в Сорг (%) в профиляхразновозрастных почв, формирующихсяв подзоне сухих степей

Доля активной биомассы в общем запасе микробобиомассы оказалась максимальной в закрепленном песке (95-100 %) и резко снижалась при переходе к более развитым каштановым почвам до 24-34 % (рис. 3).

Сильное влияние комплекса факторов, определяемых возрастом почвы, на долю активной биомассы в ее общем запасе выявлено только на первой стадии почвообразования ^ = 468). Влияние комплекса факторов,

определяемых сроком отбора образцов и глубиной по профилю почвы, на данный показатель оказалось не значимым.

Таким образом, в процессе развития каштановой почвы в подзоне сухих степей происходит увеличение запасов гумуса и микробной биомассы. Одновременно происходит значительная перестройка структуры запасов почвенного органического вещества. По мере развития почвы постепенно увеличивается доля С-биомассы в Сорг (от 0,3 до 3,3 %) и снижается доля активной биомассы в ее общем запасе (от 100 до 24 %). Все это может свидетельствовать о серьезных перестройках в деструкционном звене биологического круговорота в процессе развития молодых почв в подзоне сухих степей.

Отдельные показатели структуры запасов почвенного органического вещества могут успешно использоваться в практике мониторинга молодых экосистем и почв в подзоне сухих степей, особенно в тех случаях, когда мониторинг с использованием других биологических параметров экосистемы невозможен.

а

б

0-10 см 10-20 см

0\WWWWWWWWWWWV

■/■■.wwwwwwwwwwww>

0 20 40 60 80 100

0-10 см 10-20 см

■WWWW

■\W\W\V

в

г

0 20 40 60 80 100

0-10 см 10-20 см

ч\Ч\Ч\\Ч‘

0 20 40 60 80 100

0-10 см 10-20 см 20-30 см 30-40 см 40-50 см 50-60 см

■4444W

WWW4

WWV

.WWV

.WWWW

.WWWW

.ww\

ww\

■WW4WWWWWW

■WWWWWWWW\

НСР(5%)=14,1

Рис. 3. Доля активной биомассы в общей биомассе микроорганизмов (%) в профилях разновозрастных почв, формирующихся в подзоне сухих степей

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования / Т.В. Аристовская. - Л.: Наука, 1980. - 187 с.

2. Экология и рекультивация техногенных ландшафтов / И.М. Гаджиев, В.М. Курачев, Ф.К. Рагим-заде и др. - Новосибирск: Наука, 1992. - 305 с.

3. Сукцессии и биологический круговорот / А.А. Титлянова и др. -Новосибирск: Наука, 1993. - 157 с.

4. Эксперимент «Убсу-Нур». Ч. 1. Наземные исследования. - М.: Интеллект, 1995. -

336 с.

5. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

6. The effect of biocidal treatments on metabolism in soil. V. A method for measuring soil biomass / D.S. Jenkinson, D.S. Powlson // Soil. Biol. Biochem. - 1976. - V. 8, № 3 - P. 209-213.

7. Estimation of active soil microbial biomass by mathematical analysis of respiration curves: development and verification of the model / H. Van de Werf, W. Verstraete // Soil. Biol. Biochem. - 1987. - V. 19, № 3. - P. 253-260.

8. Cytochemical demonstration of catabolism in soil microorganisms / R.M. Macdonald // Soil. Biol. Biochem. - 1980. - V. 12, № 4. - P. 419-423.

9. Плохинский И.А. Биометрия / И.А. Плохинский. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 358

с.

©М.В. Якутии, Д.С. Дубовик, 2008