Почвенно-микробиологические методы в мониторинге аласных экосистем Лено-Вилюйского междуречья Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

1 2 М.В. Якутии , А.Н. Пучиии

1ИПА СО РАН, Новосибирск

2СГГ А, Новосибирск

ПОЧВЕННО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В МОНИТОРИНГЕ АЛАСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЛЕНО-ВИЛЮЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

M.V. Yakutin 1, A.N. Puchnin 2 1ISSA SB RAS, Novosibirsk 2SSGA, Novosibirsk

METHODS OF SOIL MICROBIALOGY IN MONITORING OF ALAS ECOSYSTEMS ON REGION BETWEEN LENA AND VILUI RIVERS

There are analysis of the change of parameters of soil microbial biomass and basal respiration during evolution of alas ecosystems on region between Lena and Vilui rivers. The feasibility of this index for the purposes of ecological monitoring is substantiated.

Аласы - врезанные мезодепрессии термокарстового происхождения -являются типичной частью таежного ландшафта Центральной Якутии. Своим образованием аласы обязаны ледовому комплексу, который сформировался в плейстоцене и до сих пор является основой рельефа Якутии в подзоне средней и северной тайги. Разрушение ледового комплекса в условиях современного аридного климата закономерно ведет к замене таежных экосистем экосистемами холодных степей. Благодаря высокой продуктивности экосистемы аласов издревле используются в качестве пастбищ и сенокосов. В последние десятилетия происходит постоянное увеличение антропогенного пресса на аласные экосистемы, что делает особенно актуальным поиск простых надежных методов экологического мониторинга этих экосистем [1].

Цель настоящего исследования состояла в изучении особенностей функционирования биомассы почвенных микроорганизмов в аласах Лено-Вилюйского междуречья и в оценке применимости современных микробиологических методов для целей мониторинга аласных экосистем и почв.

Исследование было проведено междуречье Лены и Вилюя в аласе Хоту. В качестве объектов исследования были выбраны зональная мерзлотная палево-бурая типичная почва на границе аласа (Т. 1) и три мерзлотные аласные почвы: лугово-черноземная (Т. 2), черноземно-луговая (Т. 3) и торфянисто-глеевая (Т. 4). Все исследованные экосистемы расположены на одной катене длиной около 200 м. Основные характеристики исследованных экосистем приведены в табл. 1.

Образцы отбирались в августе 2005 года из генетических горизонтов всех исследованных почв в четырехкратной повторности по общепринятой методике [2]. В образцах определялось содержание углерода в биомассе

почвенных микроорганизмов (С-биомассы) методом СИД [2]. Базальное дыхание оценивалось по количеству СО2, выделившемуся из почвы, инкубированной 24 часа в темноте в плотно закрытом пенициллиновом флаконе при температуре 22о С и влажности 60 % от полной влагоемкости. Также в данной работе вычислялся показатель удельной активности микробобиомассы - метаболический коэффициент ^) - выделение С-СО2 на единицу С-биомассы в час [3, 4]. Статистическая обработка результатов проводилась методами вариационного и дисперсионного анализов [5].

Таблица 1. Основные характеристики исследованных экосистем

№ п/п Геоморфологическ ое положение Экосистема Почва Сельхоз использование

Т. 1 Граница аласа Березово-лиственничный лес Мерзлотная палево-бурая типичная Не используется

Т. 2 80 м от Т. 1 по направлению к заболоченному озеру Разнотравно-злаковый остепненный луг. Проективное покрытие 80 %, высота травостоя 40 см Мерзлотная аласная лугово- черноземная Многолетний сенокос

Т. 3 130 м от Т. 1 по направлению к заболоченному озеру Разнотравно-злаковый луг. Проективное покрытие 80 %, высота травостоя 40 см Мерзлотная аласная черноземно- луговая Многолетний сенокос

Т. 4 200 м от Т. 1,20 м от урезаводы Осоковый заболоченный луг. Проективное покрытие 100 %, высота травостоя 55 см Мерзлотная аласная торфянисто- глеевая Не используется

Характерной особенностью всех исследованных мерзлотных почв является сосредоточение основной части запасов биомассы микроорганизмов в верхнем горизонте и резкое уменьшение запасов С-биомассы вниз по профилю (рис. 1 а). Аналогичная закономерность выявлена и для

профильного распределения показателя базального дыхания (рис. 2 а).

Для зональной мерзлотной палево-бурой типичной почвы (Т. 1)

характерны относительно низкие значения биомассы микроорганизмов в верхнем (0-10 см) слое (41 мг С-биомассы / 100 г почвы) при относительно высоком уровне базального дыхания (1,1 мкг СО2-С/ г почвы в час).

Эволюция почв и экосистем в Центральной Якутии в процессе формирования аласов происходит по законам долговременной вторичной сукцессии, которая начинается с формирования озера на месте зональной таежной экосистемы. На этой стадии происходит накопление донных осадков и их карбонатизация [1, 6].

Сразу после выхода из-под воды, на первой стадии развития аласных почв - стадии мерзлотной аласной торфянисто-глеевой почвы (Т. 4) - активно протекают процессы торфонакопления и оглеения. На этой стадии отмечается низкий уровень микробобимассы (34 мг С-биомассы / 100 г почвы) и минимальный уровень базального дыхания (0,6 мкг СО2-С/ г почвы в час).

а

б

0 30 60 90 120

30 60 90 120

А1

В2С1

АВса

в

0 30 60 90 120

30 60 90 120

Аса

Ьйса

Ьй2са

Вса

Т2

Ьйдса

(ЬР)Оса

НСР(5%) = 11,0

Рис. 1а. Профильное распределение С-биомассы (мг С/ 100 г почвы)в исследованных мерзлотных почвах: палево-бурой типичной (а),аласной лугово-черноземной (б), аласной черноземно-луговой (в)и аласной

торфянисто-глеевой (г)

0

г

0

На второй стадии развития почв аласов болотные экосистемы сменяются луговыми, в которых, благодаря оптимальному соотношению тепла и влаги, отмечается высокая продуктивность и активизируются процессы гумусонакопления [1]. На этой стадии эволюции (мерзлотная аласная черноземно-луговая почва, Т. 3) запасы С-биомассы в верхнем (010 см) слое увеличиваются в 2,8 раза, а базальное дыхание в 2,1 раза по сравнению со стадией болотных почв.

Третья стадия эволюции почв - остепненная стадия - является результатом крайнего иссушения деятельного слоя и динамики рельефа. На этой стадии активизируется солонцовый процесс и процесс гумусонакопления [7]. На этой терминальной стадии эволюции аласной экосистемы (мерзлотная аласная лугово-черноземная почва, Т. 2) запас биомассы микроорганизмов и уровень базального дыхания в верхнем (0-10 см) слое практически не изменяется, а в слое 10-20 см увеличивается в 3 раза по сравнению с луговой стадией. При этом уровень почвенной

микробобиомассы на степной стадии эволюции аласных экосистем оказывается в 2,2 раза, а базального дыхания в 1,4 раза выше, чем в зональной мерзлотной палево-бурой типичной почве.

90 60 30 0

Рис. 1б. Значения Б критерия для различных факторов, влияющихна биомассу микроорганизмов на разных стадиях эволюции аласных почв: а - при переходе от торфянисто-глеевой почвы к черноземно-луговой; б -при переходе от черноземно-луговой почвы к лугово-черноземной; в -при переходе от лугово-черноземной почвы к палево-бурой типичной (А - тип почвы, В - слой почвы, АВ - взаимодействие факторов,**- р<0,01; ***-

р<0,001.)

А В АВ

А В АВ

А В

АВ

а

01

в

01

Аса

Ьйса

Ьй2са

Вса

б

01

01

2

2

г

2

2

НСР(5 %) = 0,26

Рис. 2а. Базальное дыхание (мкг СО2-С/ г почвы в час) в профилях исследованных мерзлотных почв: палево-бурой типичной (а), аласной

лугово-черноземной (б), аласной черноземно-луговой (в) и аласной

торфянисто-глеевой (г).

Для оценки силы воздействия различных факторов, влияющих на изученные показатели, были рассчитаны значения F -критерия для различных факторов, влияющих на биомассу микроорганизмов на разных стадиях эволюции аласных почв.

Комплекс факторов, определяемых типом почвы, оказывал значимое влияние на С-биомассы только при переходе от торфянисто-глеевой почвы к черноземно-луговой и при переходе от лугово-черноземной почвы к палевобурой типичной (рис. 1 б). Влияние комплекса факторов, определяемых типом почвы на базальное дыхание, оказалось незначимым на всех стадиях эволюции аласных почв (рис. 2 б).

Значения метаболического коэффициента оказались максимальными в палево-бурой типичной почве (2,6 мкг С-СО2 / мг С-биомассы в час) и снижались в 1,4-2 раза при переходе от этой почвы к почвам аласа.

30 20 10

0

Рис. 2б. Значения Б критерия для различных факторов, влияющих на базальное дыхание на разных стадиях эволюции аласных почв: а - при переходе от торфянисто-глеевой почвы к черноземно-луговой; б - при переходе от черноземно-луговой почвы к лугово-черноземной; в - при переходе от лугово-черноземной почвы к палево-бурой типичной.(А - тип почвы, В - слой почвы, АВ - взаимодействие факторов,*- р<0,05; ***-

р<0,001.)

Таким образом, в процессе эволюции аласных почв происходит увеличение С-биомассы на луговой и степной стадиях. На луговой стадии также отмечается значительный рост базального дыхания. Все это свидетельствует о перестройке комплекса почвенных микроорганизмов при переходах от одной стадии эволюции аласной экосистемы к другой.

Современный микробиологические методы могут успешно использоваться в практике экологического мониторинга для диагностики некоторых стадий эволюции аласной экосистемы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

а п * 1 в ***

и

Г- ИЬ| *

А В АВ А В АВ А В АВ

1. Десяткин, Р.В. Почвы аласов Лено-Aмгинского междуречья / Р.В. Десяткин. -Якутск: Изд-во ЯФ СО AН СССР, 1984. - 168 с.

2. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1991 - 304 с.

3. Благодатская, Е.В. Характеристика состояния микробного сообщества почв по величине метаболического коэффициента / Е.В. Благодатская, Н.Д. Aнaньевa, Т.Н. Мякшина // Почвоведение. - 1995. - № 2. - С. 205-210.

4. Anderson, T.H. Determination of ecolophysiological maintenance carbon requirements of soil microorganisms in a dormant state / T.H. Anderson, K.H. Domsch // Biol. Fert. Soil. - 1985. - V. 1, № 5. - P. 81-89.

5. Плохинский, ИА. Биометрия / ИА. Плохинский. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 358

с.

6. Aлaсные экосистемы: структура, функционирование, динамика / Д.Д. Саввинов, С.И. Миронова, Н.П. Босиков и др. - Новосибирск: Наука, 2005. - 264 с.

7. Еловская, Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии / Л.Г. Еловская. - Якутск: Изд-во ЯФ СО AK СССР, 1987. - 172 с.

© М.В. Якутии, А.Н. Пучнин, 2008