CC BY
23
УДК 631.427:591.9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В МОНИТОРИНГЕ ЭКОСИСТЕМ ПРИЧАНОВСКОЙ ТЕРРИТОРИИ БАРАБЫ
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Владислав Семенович Андриевский
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Людмила Юрьевна Аиопчеико
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Проведен анализ биомассы микроорганизмов и панцирных клещей в разновозрастных засоленных почвах Барабинской равнины в окрестностях озера Чаны. Продемонстрированы резкие изменения изученных параметров в почвах, находящихся на различных стадиях развития. Показано влияние засоления на изученные показатели. Делается вывод о возможности применения использованных методов в практике экологического мониторинга.
Ключевые слова: Новосибирская область, Барабинская равнина, озеро Чаны, почвы, засоление, биомасса микроорганизмов, панцирные клещи, экологический мониторинг.
THE USE OF SOIL-BIOLOGICAL METHODS IN MONITORING OF ECOSYSTEMS IN NEAR CHANY LAKE TERRITORY OF BARABA
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev Avenue, ScD, assistant professor, senior researcher of laboratory of biogeocenology; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and nature use, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Vladislav S. Andrievskiy
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev Avenue, Ph. D., senior researcher of laboratory of biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
Lyudmila Yu. Anopchenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., assistent professor of department of ecology and nature use, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
The analysis of biomass of microorganisms and oribatid mites in different age saline soils of the Baraba plain in the vicinity of lake Chany are carried out. Sharp changes in the studied parameters in soils at different stages of development are demonstrated. The influence of salinity on the studied parameters are shows. The conclusion about possibility of application of the methods used in the practice of environmental monitoring was doing.
Key words: Novosibirsk region, Baraba plain, lake Chany, soils, salinization, microbiomass, oribatid mites, environmental monitoring.
Засоление является одним из наиболее стрессирующих условий окружающей среды для почвенных организмов [1, 2, 3, 4, 5]. В ряде исследований показано, что накопление соды приводит к снижению численности некоторых групп микроорганизмов, участвующих в круговороте азота [6, 7]. Отрицательное воздействие солонцов на биоту определяется щелочной реакцией этих почв, высоким осмотическим давлением, токсическим действием отдельных солей и их сочетаний, а также неблагоприятными водно-физическими свойствами [8]. В ряде исследований показано, что для засоленных почв характерны специфические микробные сообщества. В солонцовом и подсолонцовом горизонтах солонцов разнообразие бактерий резко снижено и выделяются лишь галотоле-рантные виды родов Bacillus и Streptomyces [9, 10]. При увеличении уровня засоления почвы происходит снижение С- и N-биомассы микроорганизмов. Также при засолении в микробной биомассе уменьшается C/N-отношение, что может свидетельствовать о доминировании бактерий в общей массе микроорганизмов [2, 5, 11, 12].
Несмотря на значительный интерес к исследованию биоты засоленных почв, до настоящего времени не решен вопрос о возможности использования почвенно-биологических методов в мониторинге экосистем и почв, находящихся на обширных территориях содового и хлоридно-сульфатного засоления. Среди огромного многообразия объектов и методов, применяемых в почвенной биологии, для настоящего исследования были выбраны почвенные микроорганизмы (определялась их биомасса) и панцирные клещи (оценивалась их численность и видовое богатство).
В качестве объекта исследования на Причановской территории Барабин-ской равнины, на южном берегу озера Чаны (Ярковский плес) была выбрана серия разновозрастных почв, сформировавшихся на обсохших в разное время участках дна озера. Оценка примерного возраста исследованных почв выполнена на основании картографических материалов 20-х, 40-х и 80-х гг. ХХ века [13]. По механическому составу все изученные почвы относятся к среднесуглини-стым. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в таблице.
Образцы почв отбирались по общепринятым методикам в августе из верхнего (0-10 см) слоя почв для определения микробиологических показателей в 4-кратной повторности [14], а для анализа населения орибатид - стандартным цилиндрическим пробоотборником до глубины 5 см в 10-кратной повторности в каждом биотопе [15]. В образцах определялось содержание углерода в биомассе почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом фумигации-
инкубации [16]. Выгонка клещей из почвы осуществлялась общепринятым методом термоэклекции Тулльгрена-Берлезе. Извлеченные из почвы клещи помещались в постоянные препараты, в которых под микроскопом определялась их видовая принадлежность. Численности (обилие) клещей рассчитывались по
л
стандартной методике на 1 м , исходя из площади пробоотборника [15]. Для сравнения сообществ разных почв между собой в качественном отношении был рассчитан коэффициент общности удельного обилия [15, 17]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [18, 19].
Таблица
Основные характеристики исследованных экосистем
Почва Солончак луго- Луговая солон- Солонец Черноземно-
вой (Т. 1) чаковатая (Т. 2) средний (Т. 3) луговая (Т. 4)
Геоморфо- 100 м от уреза 200 м от уреза 1000 м от уреза 1500 м от уре-
логическое воды. Обсохшая воды. Бровка воды. Пологий за воды.
положение береговая полоса уступа террасы юго-восточный Вершина гри-
озера озера склон гривы вы
Абсолютная 106 107 110 112
высота, м
Раститель- Солеросовый Разнотравно- Разнотравно- Разнотравно-
ность луг злаковый луг полынно- ковыльный остеп-ненный луг злаковый луг
Проективное 20-60 60 80 90
покрытие, %
Высота тра- 0-10 10-60 20-70 10-20
востоя, см
Хозяйствен- Не используется Пастбище Пастбище Сенокос
ное исполь-
зование
Примерный 10-20 30-40 40-50 80-100
возраст, гг.
Уровень С-биомассы был минимальным в молодых солончаках (рисунок). При переходе от солончаков к луговым почвам отмечается рост С-биомассы в 1,8 раза, что объясняется частичным рассолением почвенного профиля. При переходе от луговой почвы к среднему солонцу и далее к черноземно-луговой почве содержание С-биомассы изменяется незначительно. Таким образом, уже на стадии луговых почв содержание С-биомассы практически достигает уровня зональных черноземных почв.
В результате проведения акариологического анализа почв всего было обнаружено 26 видов панцирных клещей. При этом установлены специфические особенности распределения видов панцирных клещей в исследованных почвах. В самых молодых засоленных почвах (Т. 1) орибатиды отсутствуют. С увеличением возраста и снижением уровня засоления от луговой почвы (Т. 2) к солонцу среднему (Т. 3) и черноземно-луговой почве (Т. 4) отмечается нарастание
видового богатства и численностей панцирные клещи. Видовое богатство в солонце и черноземно-луговой почве увеличивается почти в 2 раза, а численности -в 2-4 раза по сравнению с луговой почвой. Показатели общей численности
в луговом солончаке (Т. 1) близки к максимальным значениям, указанным для сообществ орибатид засоленных почв разных типов Карасукской равнины [20], а в луговой солончаковатой почве (Т. 2) обилие панцирных клещей превышает эти показатели примерно в 1,5 раза. Степень сходства между разными биотопами не одинакова и ее хорошо иллюстрируют коэффициенты общности удельного обилия [15].
0 20 40 60 80 100
годы НСР(5%)=8,3
Рис. Динамика накопления С-биомассы (мг С / 100 г) в молодых почвах в пойме обсыхающего соленого озера и аппроксимирующая кривая зависимости С-биомассы от возраста почвы
Таким образом, эволюция молодых почв, развивающихся на месте обсохшего дна соленого озера, связана с уровнем залегания засоленных грунтовых вод. Концентрация солей в профиле молодой почвы и этап рассоления этого профиля определяют характер растительности и скорость накопления запаса микробобиомассы. Формирование почв происходит достаточно быстро: через 30-40 лет на месте обсохшего дна соленого озера формируются луговые почвы, а через 80 лет - лугово-черноземные почвы.
Видовой состав сообществ панцирных клещей существенно меняется по позициям катены. Статус видов в составе сообществ меняется по катене от позиции к позиции, и смена численных показателей долевого участия в них ви-дов-доминантов влечет изменение сходства группировок орибатид биотопов качественного характера. Сообщество луговой солончаковой почвы качественно почти вдвое ближе к группировке солонца среднего, чем к таковой черно-земно-луговой почвы. Сходство видовых группировок солонца среднего и чер-ноземно-луговой почвы занимает в этом ряду промежуточное положение.
Проведенное исследование продемонстрировало, что выявленные особенности изученных биолого-почвенных показателей (С-биомассы микроорганизмов и численности и видового богатства панцирных клещей) могут быть успешно использованы в практике мониторинга экосистем и почв, находящихся на обширных территориях содового и хлоридно-сульфатного засоления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Яхонтов В. В. Экология насекомых. - М.: Высшая школа, 1964. - 460 с.
2. Sardinha M., Mulle T., Schmeisky H., Joergen R.G. Microbial performance in soils along a salinity gradient under acidic conditions // Applied Soil Ecology. - 2003. - Vol. 23. - P. 237-244.
3. Якутин М. В., Анопченко Л. Ю. Биомасса микроорганизмов в почвах, формирующихся в обсыхающих поймах соленых озер Барабы // Сибирский экологический журнал. -2007. - № 5. - С. 817-822.
4. Boyerahmadi M., Raiesi F., Mohammadi J. Influence of different salinity levels on some microbial indices in the presence and absence of plant's living roots // Water and soil science. -2010. - Vol. 14. - P. 103-115.
5. Mahajan G. R., Manjunath B. L., Latare A. M., Souza R. D., Vishwakarma S., Singh N. P. Spatial and temporal variability in microbial activities of coastal acid saline soils of Goa, India // Solid Earth Discussions. - 2015. - Vol. 7. - P. 3087-3115.
6. Сидоренко А. И. Микрофлора целинных и осваиваемых солонцов Барабы // Вопросы освоения солонцов Кулунды и Барабы. - Труды биологического института. - Вып. 9. - Новосибирск: Изд-во Сиб. отд-ние АН СССР, 1962. - С. 127-147.
7. Аристовская Т. В. Микробиология процессов почвообразования. - Л.: Наука, Ле-нингр. отд-ние, 1980. - 187 с.
8. Клевенская И. Л., Наплекова Н. Н., Гантимурова Н. И. Микрофлора почв Западной Сибири. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1970. - 222 с.
9. Зенова Г. М., Оборотнов Г. В., Звягинцев Д. Г. Солончаки - местообитание галофиль-ных и алкалотолерантных стрептомицетов // Почвоведение. - 2005. - № 11. - С. 1341-1344.
10. Семионова Н. А., Лысак Л. В., Горленко М. В., Звягинцев Д. Г. Структурно-функциональное разнообразие бактериальных комплексов различных типов почв // Почвоведение. - 2002. - № 4. - С. 453-464.
11. Якутин М. В. Биомасса микроорганизмов в засоленных почвах Восточной Барабы // Сибирский экологический журнал. - 2001. - № 3. - С. 299-304.
12. Yuan B.-C., Li Z.-Z., Liu H., Gao M., Zhang Y.-Y. Microbial biomass and activity in salt affected soils under arid conditions // Applied Soil Ecology. - 2007. - V. 35. - P. 319-328.
13. Якутин М.В, Анопченко Л.Ю. Структура запаса растительного вещества в мониторинге экосистем, формирующихся в обсыхающих поймах соленых озер Барабы // Вестник СГГА. - 2006.- Вып. 1 (11). - С. 172-177.
14. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д. Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 303 с.
15. Методы почвенно-зоологических исследований / под ред. М. С. Гилярова. - 1975. -М.: Наука. - 275 с.
16. Schinner F., Ohlinger R., Kandeler E., Margesin R. Methods in soil biology. - Berlin: Springer-Verlag, 1996. - 420 p.
17. Вайнштейн Б. А. О некоторых методах оценки сходства биоценозов // Зоологический журнал. - 1967. - Т. 46, Вып. 7. - С. 981-986.
18. Плохинский Н. А. Биометрия. - М., Изд-во МГУ, 1970. - 367 с.
19. Сорокин О. Д. Прикладная статистика на компьютере. - Краснообск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. - 162 с.
20. Микроартроподы, почвы, растительность в условиях пульсирующего увлажнения: На примере Карасукской равнины / Л. Г. Гришина, С. К. Стебаева, Е. И. Лапшина, В. Г. Мордкович, С. С. Фолитарек. - М.: Наука, 1991. - 165 с.
© М В. Якутин, В. С. Андриевский, Л. Ю. Анопченко, 2016
