Влияние пожаров на ферментативную активность коричневых почв и буроземов Западного Кавказа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние пожаров на ферментативную активность коричневых почв ксерофитных лесов (Skeletic Leptic Cambisol) государственного природного заповедника “Утриш”, Краснодарский край (верховой пожар 2020 г.) и бурозема мезофитных лесов (Haplic Cambisol (Loamic)) Хамышинского лесничества, Республика Адыгея (низовой пожар 2018 г.). Исследованы изменения реакции почвенной среды, содержания органического углерода и активности ферментов: каталазы, уреазы, фосфатазы и инвертазы, участвующих в круговороте углерода, фосфора и азота. Реакция ферментов на пирогенное воздействие зависит от вида фермента и типа почв. Проведен факторный анализ. Установлено снижение активности каталазы и инвертазы для двух типов почв в слое 0–3 см в среднем на 47%, реакция фосфатазы и уреазы отличалась в зависимости от типа почв. Спустя два года после пожара активность фосфатазы поверхностного слоя постпирогенных коричневых почв приближалась к контрольным значениям, активность уреазы восстанавливалась медленнее по сравнению с другими ферментами. Спустя четыре года после пожара, в слое 0–3 см постпирогенного бурозема значения активности уреазы были примерно равны контрольному варианту. Установлено увеличение значений рН в среднем на 30% и уменьшение содержания Сорг в среднем на 12% в обеих почвах. В слое 3–10 см коричневых почв отмечено повышение активности всех изученных ферментов, а бурозема – уменьшение. Факторный анализ показал наличие связи между реакцией почвенной среды, содержанием органического углерода и активностью ферментов, теснота и характер связи отличаются в зависимости от типа почвы. Полученные результаты свидетельствуют о влиянии эдафических особенностей изученных почв на реакцию ферментативной активности и пирогенное воздействие.

Об авторах

В. В. Вилкова

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: lera.vilkova.00@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1374-3941
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

К. Ш. Казеев

Южный федеральный университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

М. С. Нижельский

Южный федеральный университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

Д. А. Привизенцева

Южный федеральный университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

А. Н. Федоренко

Южный федеральный университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

С. И. Колесников

Южный федеральный университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, пр-т Стачки 194/1, Ростов-на-Дону, 344090

А. К. Шхапацев

Майкопский государственный технологический университет

Email: lera.vilkova.00@mail.ru
Россия, ул. Первомайская 191, Майкоп, 385000

Список литературы

  1. Александрова А.М. Степень изученности почв в заповеднике “Бастак” и перспективы их исследования // Региональные проблемы. 2019. № 4. С. 62–68.
  2. Богданович А.Ю., Липка О.Н., Крыленко М.В., Андреева А.П., Добролюбова К.О. Климатические угрозы на Северо-Западе Черноморского побережья Кавказа: современные тренды // Фундаментальная и прикладная климатология. 2021. № 4. С. 46–72.
  3. Бочарников М.В. Фитоценотическое разнообразие и пространственная структура растительного покрова Водопадной щели (заповедник “Утриш”) // Наземные и морские экосистемы полуострова Абрау: история, состояние, охрана. 2021. С. 69–78.
  4. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов-на-Дону: Эверест, 2008. 276 с.
  5. Вилкова В.В., Казеев К.Ш., Шабунина В.В., Колесников С.И. Ферментативная активность постпирогенных почв заповедника “Утриш” // Бюл. ГНБС. 2021. № 138. С. 71–77. https://doi.org/10.36305/0513-1634-2021-138-71-77
  6. Галстян А.Ш. Унификация методов исследования активности ферментов почв // Почвоведение. 1978. № 2. С. 107–114.
  7. Галстян А.Ш. Об устойчивости ферментов почв // Почвоведение. 1982. № 4. С. 108–110.
  8. Гераськина А.П., Тебенькова Д.Н., Ершов Д.В., Ручинская Е.В., Сибирцева Н.В., Лукина Н.В. Пожары как фактор утраты биоразнообразия и функций лесных экосистем // Вопросы лесной науки. 2021. № 2. https://doi.org/10.31509/2658–607x-202142–11
  9. Дымов А.А., Дубровский Ю.А., Габов Д.Н. Пирогенные изменения подзолов иллювиально-железистых (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2014. № 2. С. 144–154. https://doi.org/10.7868/S0032180X14020051
  10. Dymov A.A., Dubrovsky Yu.A., Gabov D.N. Pyrogenic Changes in Iron-Illuvial Podzols in the Middle Taiga of the Komi Republic // Eurasian Soil Science. 2014. V. 47. № 2. P. 47–56. https://doi.org/10.1134/S1064229314020045
  11. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы диагностики наземных экосистем. Ростов-на- Дону: ЮФУ, 2016. 356 с.
  12. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Быхалова О.Н. Коричневые почвы заповедника “Утриш” // Биоразнообразие государственного природного заповедника “Утриш”. 2013. С. 154–163.
  13. Краснощеков Ю.Н. Влияние пирогенного фактора на серогумусовые почвы сосновых лесов в Центральной экологической зоне Байкальской природной территории // Сибирский лесной журнал. 2014. № 2. С. 43–52.
  14. Кузнецова Е.И. Можжевеловые леса и редколесья полуострова Абрау (Северо-Западный Кавказ) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2009. № 2. С. 76–80.
  15. Макаров М.И., Леошкина Н.А. Фосфор фульватной фракции органического вещества почв // Почвоведение. 2009. № 3. С. 301–308.
  16. Маслов М.Н., Маслова О.А., Копеина Е.И. Динамика общего и лабильного пулов органического углерода почв при постпирогенной сукцессии экосистем горной тундры Хибин // Почвоведение. 2020. № 3. С. 330–339. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030041
  17. Maslov M.N., Maslova O.A., Kopeina E.I. Changes in the Pools of Total and Labile Soil Organic Carbon during Post-Fire Succession in the Khibiny Mountain Tundra Ecosystems // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53. № 3. P. 330–338. https://doi.org/10.1134/S1064229320030047
  18. Медведева М.В., Бахмет О.Н., Ананьев В.А., Мошников С.А., Мамай А.В., Мошкина Е.В., Тимофеева В.В. Изменение биологической активности почв в хвойных насаждениях после пожара в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2020. № 6. С. 560–574. https://doi.org/10.31857/S0024114820060066
  19. Мергелов Н.С. Постпирогенная трансформация почв и запасов почвенного углерода в предтундровых редколесьях Колымской низменности: каскадный эффект и обратные связи // Известия РАН. Сер. Географическая. 2015. № 3. С. 129–140.https://doi.org/10.15356/0373-2444-2015-3-129-140
  20. Никитин Б.А. Методика определения содержания гумуса в почве // Агрохимия. 1972. № 3. С. 123–125.
  21. Омарова П.К., Асадулаев З.М. Постпирогенная динамика растительности буково-тисового леса предгорного Дагестана // Лесоведение. 2016. № 3. С. 209–215.
  22. Петрушина М.Н., Суслова Е.Г. Постпирогенная динамика субсредиземноморских ландшафтов полуострова Абрау // Природа и общество: интеграционные процессы. 2022. С. 233–238.
  23. Приходько В.Д., Казеев К.Ш., Вилкова В.В., Нижельский М.С., Колесников С.И. Изменение активности ферментов в постпирогенных почвах (физический модельный эксперимент) // Почвоведение. 2023. № 1. С. 118–128. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600743
  24. Prikhodko V.D., Kazeev K.Sh., Vilkova V.V., Nizhelskiy M.S., Kolesnikov S.I. Changes in Enzyme Activity in Postpyrogenic Soils (Physical Model Experiment) // Eurasian Soil Science. 2023. V. 56. № 1. P. 101–109. https://doi.org/10.1134/S1064229322601640
  25. Соколова Г.В. Влияние лесных пожаров на погоду // Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2006. № 6. С. 128–131.
  26. Ставрова Н.И., Калимова И.Б., Горшков В.В., Дроздова И.В., Алексеева-Попова Н.В., Баккал И.Ю. Долговременные послепожарные изменения характеристик почв в темнохвойных лесах европейского Севера // Почвоведение. 2019. № 2. С. 246–256. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020138
  27. Stavrova N.I., Kalimova I.B., Gorshkov V.V., Drozdova I.V., Alekseeva-Popova N.V., Bakkal I.Yu. Long-Term Postfire Changes of Soil Characteristics in Dark Coniferous Forests of the European North // Eurasian Soil Science. 2019. V. 52. № 2. P. 218–227. https://doi.org/10.1134/S1064229319020133
  28. Старцев В.В., Дымов А.А., Прокушкин А.С. Почвы постпирогенных лиственничников средней Сибири: морфология, физико-химические свойства и особенности почвенного органического вещества // Почвоведение. 2017. № 8. С. 912–925. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080111
  29. Startsev V.V., Dymov A.A., Prokushkin A.S. Soils of Postpyrogenic Larch Stands in Central Siberia: Morphology, Physicochemical Properties, and Specificity of Soil Organic Matter” // Eurasian Soil Science. 2017. V. 50. № 8. P. 885–897. https://doi.org/10.1134/S1064229317080117
  30. Тах И.П., Агиров А.Х. Ферментативная активность различных типов почв лесостепного пояса в условиях западного Кавказа // Новые технологии. 2009. № 4. С. 63–67.
  31. Ткаченко Ю.Ю., Денисов В.И. Климат // Государственный природный заповедник “Утриш”. 2013. С. 32–37.
  32. Хазиев Ф.Х. Экологические связи ферментативной активности почв // Экобиотех. 2018. Т. 1. С. 80–92.
  33. Цибарт А.С., Геннадиев А.Н. Влияние пожаров на свойства лесных почв Приамурья (Норский заповедник) // Почвоведение. 2008. № 7. С. 783–792.
  34. Acosta-Martinez V., Cano A., Johnson J. Simultaneous determination of multiple soil enzyme activities for soil health-biogeochemical indices // Applied Soil Ecology. 2018. V.126. P. 121–128. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.11.024
  35. Baltzer J.L., Day N.J., Walker X.J., Greene D., Mack MC., Heather D.A. Increasing fire and the decline of fire adapted black spruce in the boreal forest // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2021. V. 118 (45). https://doi.org/10.1073/pnas.2024872118
  36. Barreiro A., Díaz-Raviña M. Fire impacts on soil microorganisms: Mass, activity, and diversity // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2021. V. 22. P. 100–264. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2021.100264
  37. Bastida F., Jindo K., Moreno J., Hernández T., Garcia C. Effects of organic amendments on soil carbon fractions, enzyme activity and humus–enzyme complexes under semi-arid conditions // European Journal of Soil Biology. 2012. V. 53. P. 94–102. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2012.09.003
  38. Caon L., Vallejo R., Ritsema C., Geissen V. Effects of wildfire on soil nutrients in Mediterranean ecosystems// Earth-Science Reviews. 2014. V. 139. P. 47–58. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.09.001
  39. Dadenko E.V., Kazeev K. Sh., Kolesnikov S.I., Val’kov V.F. Changes in the Enzymatic Activity of Soil Samples upon Their Storage // Eurasian Soil Science. 2009. V. 42 (12). Р. 1380–1385. https://doi.org/10.1134/S1064229309120084
  40. Gabbasova I.M., Garipov T.T., Komissarov M.A. Suleimanov R., Suyundukov Ya.T., Khasanova R.F., Sidorova L.V., Komissarov A.V., Suleymanov A., Nazyrova F.I. The Impact of Fires on the Properties of Steppe Soils in the Trans-Ural Region // Eurasian Soil Science. 2019. V. 52. P. 1598–1607. https://doi.org/10.1134/S1064229319120044
  41. German D.P., Weintraub M.N., Grandy A.S., Lauber C.L., Rinkes Z.L., Allison S.D. Optimization of hydrolytic and oxidative enzyme methods for ecosystem studies // Soil Biology and Biochemistry. 2011. V. 43. P. 1387–1397.
  42. Hagmann R.K., Hessburg P.F., Prichard S.J., Povak N.A., Brown P., Fulé P.Z., Keane R., Knapp E., et al. Evidence for widespread changes in the structure, composition, and fire regimes of western North American forests // Ecological Applications. 2021. V. 31. P. e02431. https://doi.org/10.1002/eap.2431
  43. Kazeev K. Sh., Odabashian M. Yu., Trushkov A.V., Kolesnikov S.I. Assessment of the Influence of Pyrogenic Factors on the Biological Properties of Chernozems // Eurasian Soil Science. 2020. V. 53(11). P. 1610–1619. https://doi.org/10.1134/S106422932011006X
  44. Kazeev K. Sh., Poltoratskaya T.A., Yakimova A.S., Odobashyan M. Yu., Shkhapatsev A.K., Kolesnikov S.I. Post-fire changes in the biological properties of the brown soils in the Utrish State Nature Reserve (Russia) // Nature Conservation Research. 2019. V. 4. P. 93–104. https://doi.org/10.24189/ncr.2019.055
  45. Kazeev K. Sh., Vilkova V.V., Shkapatsev A., Bykhalova O., Rudenok Y., Nizhelsky M.S., Kolesnikov S., Minkina T., Sushkova S., Mandzhieva S., Rajput V.D. Consequences of the catastrophic wildfire in 2020 for the soil cover of the Utrish State Nature Reserve // Sains Tanah – J. Soil Science and Agroclimatology. 2022. V. 19(1). P. 52–59. https://doi.org/10.20961/stjssa.v19i1.58709
  46. Kazeev K. Sh., Soldatov V.P., Shkhapatsev A.K., Shevchenko N.Y., Grabenko Y.A., Yermolaeva O. Yu., Kolesnikov S.I. Changes in the Properties of Calcareous Soils after Clearcutting in the Coniferous-Deciduous Forests of the Northwestern Caucasus // Rus. J. Forest Sci. 2021. V. 4(4). P. 426–436. https://doi.org/10.31857/S0024114821040069
  47. Kooch Y., Ehsani S., Akbarinia M. Stoichiometry of microbial indicators shows clearly more soil responses to land cover changes than absolute microbial activities // Ecol. Eng. 2019. V. 131. P. 99–106. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2019.03.009
  48. Köster K., Aaltonen H., Berninger F., Heinonsalo J., Köster E., Ribeiro-Kumara C., Sun H., Tedersoo L., Zhou X., Pumpanen J. Impacts of wildfire on soil microbiome in Boreal environments // Current Opinion in Environmental Science Health. 2021. V. 22. P. 100258. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2021.100258
  49. Lombao A., Barreiro A., Fonturbel M.T., Martin A., Carballas T., Díaz-Raviña M. Effect of repeated soil heating at different temperatures on microbial activity in two burned soils // Sci. Total Environ. 2021. V. 799. P. 149440. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149440
  50. Ma W., Li G., Wu J., Xu G., Wu J. Response of soil labile organic carbon fractions and carbon-cycle enzyme activities to vegetation degradation in a wet meadow on the Qinghai–Tibet Plateau // Geoderma. 2020. V. 377. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114565
  51. Mayor A.G., Goiran S.B., Vallejo V.R., Bautista S. Variation in soil enzyme activity as a function of vegetation amount, type, and spatial structure in fire-prone Mediterranean shrublands // Sci. Total Environ. 2016. V. 573. P. 1209–1216. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.03.139
  52. McLaren A. D., Pukite A.H., Barshad I. Isolation of humus with enzymatic activity from soil // Soil Sci. 1975. V. 119 (2). P. 178–180.
  53. Nizhelskiy M.S., Kazeev K. Sh., Vilkova V.V., Kolesnikov S.I. Inhibition of enzymatic activity of ordinary chernozem by gaseous products of plant matter combustion // Eurasian Soil Science. 2022 V. 55. P. 802–809. https://doi.org/10.1134/S1064229322060096
  54. Raiesi F., Beheshti A. Microbiological indicators of soil quality and degradation following conversion of native forests to continuous croplands // Ecological Indicators. 2015. V. 50. P. 173–185. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.11.008
  55. Raiesi F., Pejman M. Assessment of post-wildfire soil quality and its recovery in semi-arid upland rangelands in Central Iran through selecting the minimum data set and quantitative soil quality index // Catena. 2021. V. 201. https://doi.org//10.1016/j.catena.2021.105202
  56. Singh D., Sharma P., Kumar U., Daverey A., Arunachalam K. Effect of forest fire on soil microbial biomass and enzymatic activity in oak and pine forests of Uttarakhand Himalaya, India // Ecological Processes. 2021. V. 10. https://doi.org/10.1186/s13717–021–00293–6
  57. Sinsabaugh R.L., Lauber C.L., Weintraub M.N., Ahmed B., Allison S.D., Crenshaw C., Contosta A.R. et al. Stoichiometry of soil enzyme activity at global scale // Ecology Letters. 2008. V. 11. P. 1252–1264. https://doi.org/10.1111/j.1461–0248.2008.01245.x
  58. Tabatabai M.A. Soil Enzymes // Methods Soil Analysis Part 2: Microbiology Biochemistry Properties. 1994. V. 5. P. 775–833. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106362
  59. Vilkova V.V., Kazeev K.S., Kolesnikov S.I., Shkhapatsev A.K. Reaction of the Enzymatic Activity of Soils of Xerophytic Forests on the Black Sea Coast in the Caucasus to the Pyrogenic Impact // Arid Ecosystems. 2022. V. 1. P. 93–98. https://doi.org/10.1134/S2079096122010139
  60. WRB IUSS. World Reference Base for Soil Resources 2014 // World Soil Resources Reports. 2015. V. 106. P. 192.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Картосхема местоположения исследуемых участков: 1 – государственный природный заповедник “Утриш”, 2 – Хамышинское лесничество.

Скачать (261KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Активность каталазы (а), уреазы (b), инвертазы (c), фосфатазы (d) коричневых почв и бурозема из слоев 0–3 и 3–10 см: 1 – контроль, 2 – постпирогенная коричневая почва, 3 – постпирогенный бурозем.

Скачать (279KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание органического углерода (а) и рН (b) коричневых почв и бурозема из слоев 0–3 и 3–10 см: 1 – контроль, 2 – постпирогенная коричневая почва, 3 – постпирогенный бурозем.

Скачать (135KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Проекция переменных на факторную плоскость на основе корреляций для постпирогенных коричневых почв (а) и бурозема (b) из слоя 0–3 см.

Скачать (164KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024