Постпирогенное восстановление биологической активности почвы искусственных лесных насаждений в аридной зоне Ширинской степи Республики Хакасия

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В прибрежной зоне озера Шира (Республика Хакасия) в сорокалетних чистых культурах лиственницы сибирской, вяза приземистого и сосны обыкновенной, произрастающих на агроземе аккумулятивно-карбонатном темном легко- и среднесуглинистом (Chernozems), оценивали степень деградации почвенных микробоценозов, скорость восстановления их биологической активности после низового пожара 2015 г. Состояние почвы под лесными насаждениями исследовали с помощью физико-химических, микробиологических, энзимологических и респирометрических методов. В 2015 г. (после пожара) поступление продуктов пирогенеза в почву исследуемых участков обусловило высокие значения микробной биомассы (3458 мг С/г почвы) и интенсивности микробного дыхания (12.23 мкг С–СО2/(ч г). В течение 2017–2019 гг. в почве всех участков, как правило, наблюдалось снижение содержания гумуса и биофильных элементов, а также замедление активности углеводного и фосфорного метаболизмов. При этом в 2017 г. в связи с интенсивной минерализацией обгоревших растительных остатков была отмечена самая высокая целлюлозоразлагающая активность. К 2023 г. в почве исследуемых участков отмечали постепенное повышение содержания гумуса, увеличение общей численности микроорганизмов, содержание микробной биомассы, существенное снижение значений микробного метаболического коэффициента, что указывает на тенденцию к восстановлению функциональной активности микробоценозов. Показано, что биологическая активность почвы пожарищ быстрее восстанавливалась относительно гарей, при этом порода древостоя влияла на основные почвенные параметры, которые различались между собой, что подтверждается анализом главных компонент.

Об авторах

В. А. Сенашова

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vera0612@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7083-6757
Руанда, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

О. А. Сорокина

Красноярский государственный аграрный университет

Email: vera0612@mail.ru
Россия, пр-т Мира, 90, Красноярск, 660049

Г. И. Антонов

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: vera0612@mail.ru
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

О. Э. Пашкеева

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: vera0612@mail.ru
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

И. Д. Гродницкая

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: vera0612@mail.ru
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.
  2. Богородская А.В. Влияние пожаров на микробные комплексы почв сосновых лесов Средней Сибири. Автореф. дис… канд. биол. наук. Красноярск, 2006. 21 с.
  3. Богородская А.В., Кукавская Е.А., Каленская О.П., Буряк Л.В. Изменение микробиологических и физико-химических свойств почв после пожаров в сосновых и березовых лесах центральных районов Забайкальского края // Почвоведение. 2023. № 11. С. 1418–1436.
  4. Вальков В.Ф., Елисеева Н.В., Имгрунт И.И., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Справочник по оценке почв. Майкоп: Адыгея, 2004. 236 с.
  5. Габбасова И.М., Гарипов Т.Т., Комиссаров М.А., Сулейманов Р.Р., Суюндуков Я.Т., Хасанова Р.Ф. и др. Влияние пожаров на свойства степных почв Зауралья // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1513–1523. https://doi.org/10.1134/S0032180X19120049
  6. Гладков Г.В., Чебыкина Е.Ю., Евдокимова Е.В., и др. Восстановление почвенного микробиома в различных почвенных горизонтах после верхового и низового лесных пожаров // Экологическая генетика. 2020. Т. 18. № 3. С. 343–356.
  7. Гродницкая И.Д., Сенашова В.А., Антонов Г.И., Пашкеева О.Э. Микробиологическая индикация почв лесных посадок в Ширинской степи // Лесоведение. 2022. № 3. С. 270–284.
  8. Гродницкая И.Д., Сенашова В.А., Антонов Г.И., Полякова Г.Г., Пашкеева О.Э., Пашенова Н.В. Биоиндикация состояния темно-серой почвы в сосняках Красноярской лесостепи при антропогенном воздействии // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1173–1189.
  9. Елагин И.Н., Лобанов А.И. Атлас-определитель фенологических фаз растений. М.: Наука, 1979. 95 с.
  10. Зонн С. В. Почва как компонент лесного биогеоценоза // Основы лесной биогеоценологии. М.: Наука, 1964. С. 372–495.
  11. Иванов В.В. Степи западного Казахстана в связи с динамикой их покрова. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 288 с.
  12. Инструментальные методы исследований почв и растений. Электронный учебно-метод. комплекс. http//www.kgau.ru/distance/2013/a2/011/00b_soderz.html (дата обращения: 24.01.2024).
  13. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 2003. 204 с.
  14. Карпачевский Л. О. Роль биоценозов в формировании почв // Роль почвы в лесных биогеоценозах: XII. Чтения памяти академика В.Н. Сукачева. М.: Наука, 1995. С. 38–52.
  15. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
  16. Краснощеков Ю.Н., Чередникова Ю.С. Постпирогенная изменчивость лесных почв в горном Прибайкалье. Новосибирск: СО РАН, 2022. 164 с.
  17. Кулик К.Н. Опустынивание земель и защитное лесоразведение в Российской Федерации // Опустынивание земель и борьба с ним. Абакан, 2007. С. 25–29.
  18. Курбатский Н. П. Терминология лесной пирологии/Н. П. Курбатский // Вопросы лесной пирологии. 1972. С. 171–231.
  19. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 303 с.
  20. Методы оценки структуры, функционирования и разнообразия детритных пищевых сетей. Методическое руководство / Под ред. Покаржевского А.Д. и др. М.: Ин-т проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 2003. 100 с.
  21. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: Изд-во МГУ, 1988. 219 с.
  22. Опарин М.Л., Опарина О.С. Влияние палов на динамику степной растительности // Приволжский экологич. журн. 2003. № 2. С. 158–171.
  23. Практикум по агрохимии / Под ред. Минеева В.Г. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 689 с.
  24. Практикум по микробиологии / Под ред. Нетрусова А.И. М.: Academia, 2005. 603 с.
  25. Родин Л.Е. Пирогенный фактор и растительность аридной зоны // Ботанический журн. 1981. № 12. С. 1673–1684.
  26. Савин Е.Н. Выращивание лесных полос в степях Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 102 с.
  27. Савичев О.Г., Гусева Н. В., Абдуллаев Б. Д. Водный баланс системы озер Шира – Иткуль (Хакасия) // Вестник Томского гос. ун-та. 2015. № 391. С. 214–219. https://doi.org/10.17223/15617793/391/34
  28. Савостьянов В.К. Опустынивание на юге Средней Сибири: современное состояние, борьба с ним, использование опустыненных земель, ближайшие задачи // Опустынивание земель и борьба с ним: матер. Межд. научн. конф. 16–19 мая 2006 г. Абакан, 2007. С. 50–57.
  29. Савостьянов В.К. О деградации почв в регионах Средней Сибири за последние 30–35 лет // Совершенствование ведения сельскохозяйственного производства на опустыненных землях аридной зоны. РАСХН, Сиб. отд., НИИ аграрных проблем Хакасии, Тувинский НИИСХ, НИИ растениеводства и земледелия Монголии. Абакан, 2010. С. 89–95.
  30. Сорокин Н.Д., Молоков В.А. Повышение приживаемости культур лиственницы в степных районах Хакасии // Лес. хоз-во. 1985. № 5. С. 55–57.
  31. Сорокина О.А. Трансформация плодородия почв под лесными насаждениями на сопряженных элементах рельефа в степях Хакассии // Лесоведение. 2017. № 1. С. 60–72.
  32. Сорокин Н.Д., Сорокина О.А., Сенашова В.А. Биогенность почв как показатель устойчивости искусственных лесных насаждений в сухостепных условиях Хакасии // Известия РАН. Сер. Биологическая. 2017. № 3. С. 329–336.
  33. Степные пожары и управление пожарной ситуацией в степных ООПТ: экологические и природоохранные аспекты. Аналитический обзор. / Под ред. Смелянского И.Э. М.: Изд-во Центра охраны дикой природы, 2015. 144 с.
  34. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.
  35. Якушев А.В., Кузнецова И.Н., Благодатская Е.В., Благодатский С.А. Зависимость активности полифенолпероксидаз и полифенолоксидаз в современных и погребенных почвах от температуры // Почвоведение. 2014. № 5. С. 590–596.
  36. Abbasian F., Lockington R., Mallavarapu M., Naidu R.A. Comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria // Appl. Biochem. Biotechnol. 2015. V. 176. P. 670–699.
  37. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. P. 314–322.
  38. Anderson T.H., Domsch K.H. Application of ecophysiological quotients (qCO2 and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories // Soil Biol. Biochem. 1990. V. 22. P. 251–255.
  39. Aponte H., Meli P., Butler B., Paolini J., Matus F., Merino C., Cornejo P., Kuzyakov Y. Microbial Community-Level Physiological Profiles and Genetic Prokaryotic Structure of Burned Soils Under Mediterranean Sclerophyll Forests in Central Chile // Front. Microbiol. 2022. V. 13. 824813. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.824813
  40. Barnet H.L., Hunter B.B. Illustrated Genera of Imperfect Fungi. Minnesota: American Phytopathological Society, 1999. 218 p.
  41. Blank R.R., Allen F., Young J.A. Growth and elemental content of several sagebrush-steppe species in unburned and post-wildfire soil and plant effects on soil attributes // Plant and Soil. 1994. V. 164. P. 35–41. https://doi.org/10.1007/BF00010108
  42. Chigineva N.I., Aleksandrova A.V., Marhan S., Kandeler E., Tiunov A.V. The 410 importance of mycelial connection at the soil–litter interface for nutrient translocation, 411 enzyme activity and litter decomposition // Appl. Soil Ecology. 2011. V. 51. P. 35–41.
  43. Fritze H., Pennanen T., Pietikainen J. Recovery of soil microbial biomass and activity from prescribed burning // Can. J. Forest Res. 1993. V. 23. № 7. P. 1286–1290.
  44. Grasso G.H., Ripabelli G., Sammareo M.L., Mazzoleni S. Effect of heating on the microbial population of grassland soil // Int. J. Wildland Fire. 1996. V. 6. № 2. P. 67–70.
  45. Gregersen T. Rapid method for distinction of gram-negative from grampositive bacteria // Eur. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1978. V. 5. P. 123–127.
  46. Holden S.R., Rogers B.M., Treseder K.K., Randerson J.T. Fire severity influences the response of soil microbes to a boreal forest fire // Environ. Res. Lett. 2016. V. 11. № 3. P. 035004.
  47. Moya D., Gonzalez-De Vega S., Lozano E. et al. The burn severity and plant recovery relationship affect the biological and chemical soil properties of Pinus halepensis Mill. stands in the short and mid-terms after wildfire // J. Environ. Managem. 2019. V. 235. P. 250–256. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.01.029
  48. Petrovič M., Briški F., Kaštelan-Macan M. Biosorption and biodegradation of humic substances by Trichoderma viride // Prehrambeno-tehnology biotehnology reviews. 1993. V. 31. P. 145–149.
  49. Pérez-Valera E., Goberna M., Verdú M. Fire modulates ecosystem functioning through the phylogenetic structure of soil bacterial communities // Soil Biol. Biochem. 2019. V. 129. P. 80–89. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.11.007
  50. Rodríguez J., González-Pérez J.A., Turmero A., Hernández M., Ball A.S., González-Vila F. J., et al. Physico-chemical and microbial perturbations of Andalusian pine forest soils following a wildfire // Sci. Total Environ. 2018. V. 634. P. 650–660. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.028
  51. Sadeghifar M., Agha A.B.A. Pourreza M. (2020). Comparing soil microbial eco-physiological and enzymatic response to fire in the semi-arid Zagros woodlands. Appl. Soil Ecol. 2020. V. 147. P. 103366. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.103366
  52. Ghani M.J., Rajoka M.I., Kalsoon Akhtar. Investigations in fungal solubilization of coal: mechanisms and significance // Biotchnology and Bioprocess Engineering. 2015. V. 20. P. 634–642. http://doi.org 10.1007/s12257-015-0162-5
  53. Sharma P., Pajni S., Dhillon N., Vadehra D.V., Dube D.K. Limitation of congo-red staining techniques for the detection of cellulolytic activities // Biotechnol. Lett. 1986. V. 8. P. 579–580.
  54. Sharma U., Garima, Sharma J.C., Devi M. Effect of Forest fire on soil nitrogen mineralization and microbial biomass: A review // J. Pharmacognosy and Phytochemistry. 2017. V. 6. № 3. P. 682–685
  55. Sinsabaugh R.L. Phenol oxidase, peroxidase and organic matter dynamics of soil // Soil Biol. Biochem. 2010. V. 42. P. 391–404.
  56. Song M., Peng W.X/, Zeng F.P. et al. Spatial patterns and drivers of microbial taxa in a karst broadleaf forest // Front Microbiol. 2018. V. 9. P. 1691. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01691
  57. Sparling G.T. The substrate-induced respiration method // Methods in applied soil microbiology and biochemistry. London: Acad. Press, 1995. P. 397–404.
  58. Watanabe T. Pictorial atlas of soil and seed fungi: morphologies of cultured fungi and key to species. Boca Raton: CRC Press, Inc., 2002. 506 p.
  59. World Reference Base for Soil Resources 2014, International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps, World Soil Res. Rep. No. 106, update 2015. FAO, Rome. www.fao.org
  60. Wüthrich C., Schaub D., Weber M., Marxer P., Conedera M. Soil respiration and soil microbial biomass after fire in a sweet chestnut forest in southern Switzerland // Catena. 2002. V. 48. № 3. P. 201–215.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расположения насаждений древесных видов в прибрежной зоне оз. Шира: расстояние до посадок 500–2500 м, стрелки указывают направление движения огня, коды вариантов смотри выше.

Скачать (324KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Строение профилей почв под искусственными насаждениями в прибрежной зоне озера Шира: 1 – контрольный участок для вариантов с лиственницей и вязом, 2 – участок для вариантов ПВР и ПВМ, 3 – участок для вариантов ПЛР и ПЛМ, 4 – участок для вариантов ГЛР и ГЛМ, 5 – контрольный участок для варианта с сосной, 6 – участок для варианта ГСР.

Скачать (571KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание микробной биомассы (МБ) и интенсивность базального дыхания (БД) (а) и динамика изменений значений микробного метаболического коэффициента (qCO2) (b) в почве участков гари и пожарища в прибрежной зоне озера Шира (средние сезонные значения 2018–2023 гг.). По горизонтальной оси обозначены варианты исследования: 1 – КГС, 2 – ГСР, 3 – ГЛМ, 4 – ГЛР, 5 – ПЛМ, 6 – ПЛР, 7 – ПВМ, 8 – ПВР, 9 – КЛВ.

Скачать (823KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение целлюлозоразлагающей способности почвы участков гари и пожарища в 2017 и 2023 гг. в прибрежной зоне озера Шира.

Скачать (120KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение параметров агрозема аккумулятивно-карбонатного опытных и контрольных вариантов участков гари и пожарища в плоскости двух главных компонент, полученных по основным химическим и микробиологическим характеристикам. Каждая точка характеризуется следующими почвенными параметрами: МБ, БД, qCO2, рН, влажность и температура почвы, активность уреазы, протеазы, инвертазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, коэффициент гумификации (Кг) и численность эколого-трофических груп микроорганизмов.

Скачать (125KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024