CC BY
40
УДК 631.461
М.В. Якутии, К.А. Самойлов ИПА СО РАН, Новосибирск Л.Ю. Аиопчеико СГГ А, Новосибирск
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ МОЛОДЫХ ПОЧВ ОЗЕРНЫХ ДЕПРЕССИЙ БАРАБЫ
Более половины всей площади земель Новосибирской области (65,5%) лежит в пределах Барабинской низменности. В географическом отношении Бараба, занимая междуречье Оби и Иртыша в среднем их течении, представляет собой центральную часть Западно-Сибирской низменности, простирающейся от Уральского хребта до р. Енисея. Северная ее граница — Васюганское плато, южная граница проводится условно и совпадает с геоморфологической границей Кулундинской впадины [1].
Самое крупное озеро Барабинской равнины - озеро Чаны - в настоящее
л
время занимает площадь1293 км . Это остатки некогда обширной системы озер, занимавшей еще в конце ХУШ века площадь до 15 тыс. км [2]. Известно, что озерам Западной Азии свойственна значительная внутривековая изменчивость водного режима. Наряду с Каспием и Аралом озера южной части Западной Сибири также испытывают резкие колебания в состоянии водных ресурсов. Относительно короткие фазы повышенной увлажненности и удовлетворительного состояния водных ресурсов сменяются фазами пониженной увлажненности. В эти фазы, всегда более продолжительные, чем первые, значительно уменьшается сток рек, количество поверхностных и подземных вод, озера усыхают или пересыхают, уровень грунтовых и иногда поверхностных вод понижается [3].
В процессе обсыхания пойм озерных депрессий большие территории, занятые засоленными озерными отложениями, выходят на поверхность и становятся почвообразующими породами: начинается активный процесс почвообразования [3].
Микробиологических исследований, выполненных в засоленных почвах, во всем мире немного [2, 4, 5], а микробиологические данные о молодых засоленных почв вообще фрагментарны [6, 7, 8].
Цель настоящего исследования состояла в изучении закономерностей формирования биомассы почвенных микроорганизмов в процессе становления и развития почв, сформировавшихся на территории бывшей поймы соленого озера на Барабинской равнине.
В качестве объекта исследования на южном берегу озера Чаны была выбрана серия разновозрастных почв, сформировавшихся на обсохших в разное время участках дна озера. Всего было выбрано 5 почв: черноземнолуговая (примерный возраст 80 лет), солонец глубокий (примерный возраст 60 лет), почва луговая солончаковатая (примерный возраст 40 лет), солончак
озерный (примерный возраст 10), примитивная иловая почва (примерный возраст 1 год).
Ниже приводятся краткие описания исследованных почв и экосистем.
Почва 0 - Озерный ил с песком на уровне уреза воды, покрытый сверху слоем гниющих матов из водной растительности. Толщина слоя матов 1 см. Абсолютная высота 105 м. Растительность отсутствует.
Почва 1 - солончак озерный. На расстоянии 100 метров от уреза воды. Абсолютная высота 105 м. Солянковый луг, проективное покрытие от 0 до 60%, высота травостоя 0-10 см. Практически не используется.
Почва 2 - луговая солончаковатая. На расстоянии 200 метров от уреза воды. Абсолютная высота - 106 м. Разнотравно-злаковый луг, проективное покрытие - 60%, высота травостоя 10-60 см. Используется в качестве пастбища.
Почва 3 - солонец глубокий. На расстоянии 1 км от берега озера. Абсолютная высота - 110 м. Разнотравно-полынно-ковыльный остепненный луг, проективное покрытие - 80%, высота травостоя 20-70 см. Используется как пастбище.
Почва 4 - черноземно-луговая. На расстоянии 1-1,5 км от берега озера. Абсолютная высота 113 м. Вершина гривы. Поляна в березово-осиновом колке полностью открытая в южном направлении. Разнотравно-злаковый луг, проективное покрытие - 90%, высота травостоя 10 - 20 см. Сельскохозяйственное использование - постоянный сенокос.
Образцы отбирались из генетических горизонтов всех исследованных почв в четырехкратной повторности по общепринятой методике (почвы 0 - из слоя 0-10 см). Подготовка образцов для микробиологического анализа включала в себя отбор крупных корней и просеивание образцов через сито с диаметром ячеек 3 мм [9].
В образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-инкубации [10]. Дыхательная активность оценивалась по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной 24 часа в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 22оС и влажности 60% от полной влагоемкости. Также в данной работе вычислялся показатель удельной активности микробобиомассы - метаболический коэффициент -выделение С-СО2 на 1 г С-биомассы в час [11]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [12].
Эволюция молодых почв непосредственно после выхода участка 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. Т.е., происходит распреснение формирующихся почв и изменение химизма в сторону уменьшения хлоридности и увеличения в их солевом составе роли сульфат- и гидрокарбонат-ионов. Таким образом, наиболее старыми почвами на
Причановской территории Барабинской равнины являются черноземные почвы, расположенные на вершинах грив. По мере снижения гипсометрических уровней, и, соответственно, уменьшения возраста почв, увеличивается их гидроморфность и неустойчивость водно-солевого режима
[3].
Аппроксимирующие кривые зависимостей изученных микробиологических показателей от возраста почв (рис.1-3) наглядно демонстрируют смену этапов становления комплекса почвенных микроорганизмов.
О
О
.0
О
о
2
0 5
ю
1
о
35
30
25
20
15
10
5
0
у(0-10) = -0,0265х2 + 2,8624х + 30,508 К2 = 0,9916
у(10-20) = -0,0054х2 + 0,8857х + 9,3473 ________________К2 = 0,412_________________
20
40 60
Время (годы)
80
100
0
Рис. 1. Аппроксимирующие кривые зависимости С-биомассы от возраста почв, сформировавшихся в обсохшей пойме соленого озера (▲ — для слоя
0-10 см; ■--для слоя 10-20 см; у(0-10) и у(10-20) - полиномиальные
функции для слоев 0-10 и 10-20 см, соответственно)
Для первого этапа, сразу после выхода почвообразующего субстрата на сушу, характерна низкая микробобиомасса и высокий уровень ее метаболической активности. Значительное количество органического вещества озерного ила и высокая влажность субстрата дают преимущество микроорганизмам с г-стратегией развития [14].
После обсыхания участка бывшего озерного дна начинается второй этап. Экстремально высокий уровень засоления определяет низкие темпы продукционного процесса [15] и, соответственно, низкие запасы органического вещества в почве. На смену г-стратегам постепенно приходят К-стратеги, для которых характерна низкая метаболическая активность. Микробобиомасса на этом этапе постепенно увеличивается.
На третьем этапе начинается снижение уровня засоления почвы и рост запасов органического вещества вследствие активизации продукционного процесса [15]. Одновременно происходит снижение уровня увлажненности почвы. Запас микробобиомассы стабилизируется на относительно высоком, а
метаболическая активность - на среднем уровне: формируется стабильное климаксовое микробиологическое сообщество.
В исследованиях, выполненных в молодых засоленных почвах, различные авторы, так же как и мы в данной работе, отмечают низкие величины микробобиомассы и ее метаболической активности и зависимость этих величин от уровня засоления молодых почв [6, 7].
л
<и
I-
03
X
л
3
и та У 2,5
ш 2
г сч О О 1,5
О
г м 1
0,5
0
у(0-10) = -6Е-05х3 + 0,0087х2-0,3117х + 2,8499 Р2 = 0,9925
у(10-20) = 1 Е-05х2 + 0,007х - 0,0881 ---------------Р = 0,6986-----------------
20
40 60
Время (годы)
80
100
0
Рис. 2. Аппроксимирующие кривые зависимости дыхательной активности от возраста почв, сформировавшихся в обсохшей пойме соленого озера
(▲— для слоя 0-10 см; ■----для слоя 10-20 см; у(0-10) и у(10-20) -
полиномиальные функции для слоев 0-10 и 10-20 см, соответственно)
н О х та ф т
*
*
л
о
ы
О
о
та
м
о
5
ю
о
у(0-10) = 3Е-06х4 - 0,0006х3 + 0,0458х2 - 1,2298х + 9,2846
---------------------------------------------------------------
у(10-20) = 0,0002х2 - 0,001х + 0,0918 _______________Р2 = 0,9331_________________
20
40 60
Время (годы)
80
100
7
4
1
0
0
Рис. 3. Аппроксимирующие кривые зависимости метаболического коэффициента от возраста почв, сформировавшихся в обсохшей пойме соленого озера (▲— для слоя 0-10 см; ■--для слоя 10-20 см;
у(0-10) и у(10-20) - полиномиальные функции для слоев 0-10 и 10-20 см,
соответственно)
В исследованиях, выполненных в «зрелых» почвах солонцовосолончаковых комплексов Восточной Барабы [5], авторы отмечали закономерность, очень похожую на установленную в настоящем исследовании. Минимальные значения С-биомассы, дыхательной активности и метаболического коэффициента фиксируются в солончаке луговом -наиболее засоленной почве.
При переходе от солончака к луговой почве уровень засоления снижается, С-биомассы и дыхательная активность увеличиваются. При переходе от луговой почвы к солонцу глубокому наблюдается дальнейшее рассоление верхних горизонтов почвы. С-биомассы остается неизменным, а дыхательная активность и метаболический коэффициент резко увеличиваются.
Более высокие абсолютные значения микробиологических показателей молодых почв, сформировавшихся в обсохшей пойме соленого озера, полученные при проведении настоящего исследования, по сравнению с аналогичными «зрелыми» почвами солонцового ряда [5], могут быть объяснены климатическими особенностями различных годов исследования и различной степенью увлажненности молодых и «зрелых» почв.
Таким образом, величина биомассы микроорганизмов и их метаболическая активность тесно связаны с уровнем засоления почв, и снижаются при увеличении степени засоленности как в молодых, так и в зрелых почвах. К таким же выводам пришли и другие исследователи, изучавшие засоленные почвы [7, 16].
Этапы становления комплекса почвенных микроорганизмов в процессе эволюции почв, формирующихся на обсыхающих участках поймы соленого озера хорошо описываются стратегией г-/К-отбора. Для первого этапа характерна низкая микробобиомасса и высокий уровень ее метаболической активности. На втором этапе, в солончаках, уровень биомассы и активности низкий. На третьем этапе, в луговых почвах, наблюдается рост микробобиомассы на фоне низкой метаболической активности. На четвертом этапе, в солонцах и черноземно-луговых почвах, отмечается рост биомассы микроорганизмов и метаболической активности по всему профилю почвы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Почвы Новосибирской области. Под ред Р.В. Ковалева. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1966.- 422 с.
2. А.В. Шнитников, Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности, Л., Наука,1968.
3. Пульсирующее озеро Чаны, Л., Наука, 1982.
4. H.H. Zahran, Biol. Fert. Soil., 1992, 35, 211-223.
5. М.В. Якутии, Сиб. экол. журн., 2001, 3, 299-304.
6. M.L. Luna-Guido, L. Dendooven, European Journal of Soil Science, 2001, 52, 269277.
7. S. Sarig, Y. Steinberger, Soil. Biol. Biochem., 1994, 26, 128-130.
8. В.А. Казанцев, Л.А. Магаева, М.Т. Устинов, М.В. Якутин, Сиб. экол. журн., 2005, 2, 321-339.
9. Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабьева И.П., Мирчинк Т.Н., Методы почвенной микробиологии и биохимии, М., Изд-во МГУ, 1980.
10. F. Schinner, R. Ohlinger, E. Kandeler, R. Margesin, Methods in soil biology, Berlin, Springer-Verlag, 1996.
11. T.H. Anderson, K.H. Domsch, Biol. Fert. Soil., 1985, 1: 5, 81-89.
12. Н.А. Плохинский, Биометрия, М., Изд-во МГУ, 1970.
13. М.В. Якутин, Сиб. экол. журн., 1997, 4, 435-442.
14. М. Бигон, Дж. Харпер, К. Таунсенд, Экология. Особи, популяции, сообщества, т.2, М., 1989, 477 с.
15. Структура, функционирование и эволюция системы биогеоценозов Барабы, под ред. Ковалева Р.В., т.1-2, Новосибирск, Изд-во «Наука» Сиб. Отд-е, 1974.
16. L. Batra, M.C. Manna, Arid Soil Res. Rehabil., 1997, 11, 295-303.
© М.В. Якутин, К.А. Самойлов, Л.Ю. Анопченко, 2006
