1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 9, 2023

Почвоведение, 2023, № 9, стр. 1173-1189

Биоиндикация состояния темно-серой почвы в сосняках Красноярской лесостепи при антропогенном воздействии

И. Д. Гродницкая a, *, В. А. Сенашова a, Г. И. Антонов a, Г. Г. Полякова a, О. Э. Пашкеева a, Н. В. Пашенова a

a Институт леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН
660036 Красноярск, Академгородок, 50/28, Россия

* E-mail: igrod@ksc.krasn.ru

Поступила в редакцию 12.03.2023
После доработки 11.05.2023
Принята к публикации 15.05.2023

Аннотация

Биологическую активность темно-серой почвы исследовали в 100-летнем сосняке разнотравно-зеленомошном Погорельского бора Красноярской лесостепи. В 2017 г. в сосняке были проведены выборочные рубки, а в мае 2022 г. произошел сильный пожар. Для улучшения лесовосстановления и повышения биологической продуктивности почвы на вырубленные и горевшие участки вносили биоудобрение на основе опилочно-почвенного субстата с микопродуктом и мочевиной (ОПСМ + М). На экспериментальных участках (пасека, волок, фон) проводили ежегодный учет самосева сосны. Биоиндикацию состояния почвы оценивали на основании общей численности и соотношения долей эколого-трофических групп микроорганизмов, активности ферментов, содержания микробной биомассы, интенсивности базального дыхания и удельного дыхания микробной биомассы. Внесение биоудобрения на вырубленные участки способствовало подщелачиванию почвы на 0.2–0.4 ед., сохранению влажности, увеличению содержания азота (на 5–14%) и микробной биомассы (в 1.2–1.6 раза) по сравнению с контрольными вариантами. Воздействие биоудобрений на всхожесть и рост самосева сосны отмечено на второй год после внесения: на опытных участках самосева было в 4–6 раз больше, чем на контрольных. Поступление в почву обгоревших растительных остатков, углей и золы в первую неделю после пожара привело к активизации микроорганизмов-карботрофов, которые увеличивали общую численность микроорганизмов, микробную биомассу, активность уреазы и инвертазы. Однако к концу вегетационного периода отмечали снижение микробиологической активности, что указывало на постпирогенную депрессию микробоценозов. Внесение биоудобрения на сгоревшую поверхность участков нивелировало влияние пирогенного воздействия и стимулировало образование всходов сосны обыкновенной, количество которых было достоверно больше, чем на контрольных участках. Установлено, что универсальными биоиндикаторами, адекватно отражающими состояние почвы после всех антропогенных воздействий, были микробная биомасса, удельное микробное дыхание, ферментативная активность и общая численность микроорганизмов. Специфической биоиндикацией состояния почвы после пожара являлось увеличение доли бактерий Serratia plymuthica, Bacillus mycoides и грибов родов Trichoderma, Penicillium и Mortierela.

Ключевые слова: темно-серая почва (Haplic Greyzems), рубки, пожар, биоудобрение, дыхательная и ферментативная активность, микроорганизмы-карботрофы, биоиндикаторы состояния почвы

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.

  2. Антонов Г.И., Евграфова С.Ю., Иванов В.В. Биоиндикация лесорастительного состояния почв сосняков Красноярской лесостепи после несплошных рубок разной интенсивности // Тр. Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства. 2014. № 3. С. 18–28.

  3. Антонов Г.И., Барченков А.П., Пашенова Н.В., Кондакова О.Э., Гродницкая И.Д. Влияние опилочно-почвенных субстратов на рост саженцев сосны и ели в лесопитомнике экспериментального хозяйства “Погорельский бор” // Лесоведение. 2021. № 3. С. 303–317.

  4. Антонов Г.И., Пашенова Н.В., Гродницкая И.Д. Пат. № 2681572 11.03.2019. Опилочно-почвенный субстрат для оптимизации плодородия почв.

  5. Вальков В.Ф., Елисеева Н.В., Имгрунт И.И., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Справочник по оценке почв. Майкоп: Адыгея, 2004. 236 с.

  6. Гапонюк Э.И., Малахов С.В. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Тр. 4-го Всесоюз. совещ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. С. 3–10.

  7. Голубева П.П. Определение щелочно-гидролизуемого азота по Корнфильду // Пособие по проведению анализов почв и составлению агрохимических картограмм. М.: Наука, 1969. С. 179–180.

  8. Гродницкая И.Д., Пашкеева О.Э., Старцев В.В., Дымов А.А. Дыхательная активность и биоразнообразие микробиомов подзолистых почв постпирогенных еловых лесов Красноярского края и Республики Коми // Почвоведение. 2023. № 6. С. 758–773. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601347

  9. 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. https://doi.org/10.31857/S002411482203007X

  10. Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г., Чернов И.Ю., Головченко А.В., Зенова Г.М., Лысак Л.В., Манучарова Н.А., Марфенина О.Е., Полянская Л.М., Степанов А.Л., Умаров М.М. Роль микроорганизмов в экологических функциях почв // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1087–1096.

  11. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. № 6. С. 48–54.

  12. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: Изд-во Моск ун-та, 1987. 256 с.

  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. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. 350 с.

  15. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 240 с.

  16. Медведева М.В., Германова Н.И. Биологическая активность подзолистых почв сосняков-черничников Среднетаежной Карелии после рубок // Лесное хозяйство. 2008. № 6. С. 16–17.

  17. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 303 с.

  18. 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.

  19. Пашенова Н.В., Лоскутов С.Р., Пермякова Г.В., Анискина А.А. Влияние отвара чистотела на биоконверсию сосновых опилок культурами базидиальных грибов-ксилотрофов: Матер. IV Всерос. конф. “Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья”. Барнаул, 21–23 апреля 2009 г. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2009. Кн. 2. С. 39–41.

  20. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв / Под ред. Орлова Д.С., Васильевской В.Д. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994. 272 с.

  21. Практикум по агрохимии / Под ред. Минеева В.Г. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001. 689 с.

  22. Практикум по микробиологии / Под ред. Нетрусова А.И. М.: Academia, 2005. 603 с.

  23. Сорокин Н.Д. Микробиологическая диагностика лесорастительного состояния почв Средней Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 219 с.

  24. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.

  25. Чеботарь И.В., Поликарпова С.В., Бочарова Ю.А., Маянский Н.А. Использование времяпролетной масс-спектрометрии с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (MALDI-TОF MS) для идентификации бактериальных и грибковых возбудителей III–IV групп патогенности // Лабораторная служба. 2018. Т. 7. № 2. С. 78–86. EDN OTEIQN.https://doi.org/10.17116/labs20187278-86

  26. 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. https://doi.org/10.7868/S0032180X14050268

  27. 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.

  28. 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.

  29. 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.

  30. Barnet H.L., Hunter B.B. Illustrated Genera of Imperfect Fungi. Minnesota: American Phytopathological Society, 1999. 218 p.

  31. DeLuca T.H., Gundale M.J., Brimmer R.J., Gao S. Pyrogenic Carbon Generation FromFire and Forest RestorationTreatments // Front. For. Glob. Change. 2020. V. 3. https://doi.org/10.3389/ffgc.2020.00024

  32. Dhamala B.R., Mitchel M.J. Soil disturbance and elemental dynamics in a northern hardwood forest soil, USA // Water, Air and Soil Pollution. 1996. V. 88. P. 343–353.

  33. Dymov A.A., Gorbach N.M., Goncharova N.N., Karpenko L.V., Gabov D.N., Kutyavin I.N., Startsev V.V., Mazur A.S., Grodnitskaya I.D. Holocene and recent fires influence on soil organic matter, microbiological and physico-chemical properties of peats in the European North-East of Russia // Catena. 2022. V. 117. P. 106449. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106449

  34. Hashimoto S., Suzuki M. The impact of forest clear-cutting on soil temperature: a comparison between before and after cutting, and between clear-cut and control sites // J. For. Res. 2004. V. 9. P. 125–132.

  35. Henry H.A.L. Soil extracellular enzyme dynamics in a changing climate // Soil Biol. Biochem. 2013. V. 47. P. 53–59.

  36. Hu L., Cao L., Zhang R. Bacterial and fungal taxon changes in soil microbial community composition induced by short-term biochar amendment in red oxidized loam soil // World J. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 30. P. 1085–1092. https://doi.org/10.1007/s11274-013-1528-5

  37. Gregersen T. Rapid method for distinction of gram-negative from grampositive bacteria // Eur. J. Appl. Microbiol. and Biotechnol. 1978. V. 5. № 2. P. 123–127.

  38. Scullion J. Remediating polluted soils // Naturwissenschaften. 2006. V. 93. P. 51–65. https://doi.org/10.1007/s00114-005-0079-5

  39. Sinsabaugh R.L. Phenol oxidase, peroxidase and organic matter dynamics of soil // Soil Biol. Biochem. 2010. V. 42. P. 391–404.

  40. Sparling G.T. The substrate-induced respiration method // Methods in applied soil microbiology and biochemistry. London: Acad. Press, 1995. P. 397–404.

  41. Stress effects on natural ecosystems / Ed. Barrett G.W. et al. Wiley, 1981. 305 p.

  42. Wallenstein M.D., Haddix M.L., Lee D.D., Conant R.T., Paul E.A. A litter slurry technique elucidates the key role of enzyme production and microbial dynamics in temperature sensitivity of organic matter decomposition // Soil Biol. Biochem. 2012. V. 47. P. 18–26.

  43. Trasar-Cepeda C., Leirós M.C., Gil-Sotres F. Hydrolytic enzyme activities in agricultural and forest soils. Some implications for their use as indicators of soil quality // Soil Biol. Biochem. 2008. V. 40. P. 2146–2155.

  44. 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.

  45. 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.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал