1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 11, 2023

Почвоведение, 2023, № 11, стр. 1418-1436

Изменение микробиологических и физико-химических свойств почв после пожаров в сосновых и березовых лесах центральных районов Забайкальского края

А. В. Богородская a, *, Е. А. Кукавская a, О. П. Каленская b, Л. В. Буряк a, b, c

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

b Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева
660049 Красноярск, пр. Мира, 82, Россия

c Филиал ФБУ ВНИИЛМ “Центр лесной пирологии”
660062 Красноярск, ул. Крупской, 42, Россия

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

Поступила в редакцию 14.02.2023
После доработки 19.06.2023
Принята к публикации 25.06.2023

Аннотация

Исследованы микробиологические и некоторые физико-химические свойства дерново-подбуров иллювиально-железистых (Entic Rustic Podzols) сосновых и серогумусовых типичных легкосуглинистых почв (Umbrisols) производных березовых лесов центральных районов Забайкальского края. После пожаров в сосновых насаждениях в дерново-подбурах отмечается уменьшение содержания суммы обменных оснований, валового азота, подвижных соединений калия и фосфора, увеличение соотношения C : N; для березняков характерно увеличение названных показателей и сужение соотношения C : N в профиле серогумусовых типичных почв. Содержание гумуса в верхнем почвенном горизонте снижается только на свежей гари в сосняке после высокоинтенсивного пожара, тогда как на других участках оно увеличилось. Уменьшение кислотности почв отмечено на всех пройденных пожарами участках. Высокоинтенсивные пожары приводят к достоверному снижению содержания микробной биомассы и увеличению базального дыхания, а также к изменению структуры эколого-трофических групп микроорганизмов в профиле почв до глубины 10 см минерального горизонта. Низкоинтенсивные пожары затрагивают в основном подстилку. Коэффициент qCO2 увеличивался в 2–5 раз после пожаров в подстилке и в 1.5–2 раза в гумусовом горизонте только после высокоинтенсивных пожаров. На свежих гарях в сосняках значительно сокращались запас микробной биомассы и микробная продукция CO2 до глубины 10 см минеральной части почвенных профилей. На остепненном участке, сформировавшемся после воздействия пожаров в сосняке, и в березняке после пожара высокой интенсивности в гумусовом горизонте запас углерода микробной биомассы сокращался на 15–20%, а микробная продукция СО2 увеличивалась на 10–20%. Рассматриваемая послепожарная трансформация структурно-функциональных параметров микробоценоза почв и снижение на 20–40% суммарных запасов углерода микробной биомассы на всех участках предопределяют длительный период восстановления почв после пожаров в светлохвойных и лиственных насаждениях центральных районов Забайкальского края.

Ключевые слова: Entic Rustic Podzols, Umbrisols, лесные пожары, микробная биомасса, базальное дыхание, qCO2

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327–1333.

  2. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М., Бочарникова Е.О., Стольникова Е.В. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов и коренных ельников южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1108–1116.

  3. Анучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность, 1982. 552 с.

  4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 489 с.

  5. Безкоровайная И.Н., Иванова Г.А., Тарасов П.А., Сорокин Н.Д., Богородская А.В., Иванов В.А., Конард С.Г., Макрае Д.Дж. Пирогенная трансформация почв сосняков средней тайги Красноярского края // Cибирский экологический журн. 2005. № 1. С. 143–152.

  6. Богородская А.В., Кукавская Е.А. Состояние микробных сообществ в почвах лиственных и светлохвойных лесов Средней Сибири после рубок и пожаров // Лесоведение. 2016. № 5. С. 383–396.

  7. Богородская А.В., Пономарева Т.В., Ефимов Д.Ю., Шишикин А.С. Трансформация эколого-функциональных параметров микробоценозов почв на просеках линий электропередач в условиях Средней Сибири // Почвоведение. 2017. № 6. С. 731–743.

  8. Богородская А.В. Структурно-функциональные параметры микробоценозов почв после пожаров в светлохвойных насаждениях // Воздействие пожаров на светлохвойные леса Нижнего Приангарья. Новосибирск: Наука, 2022. С. 147–167.

  9. Буряк Л.В., Кукавская Е.А, Каленская О.П., Малых О.Ф., Бакшеева Е.О. Последствия лесных пожаров в южных и центральных районах Забайкальского края // Сибирский лесной журн. 2016. № 6. С. 94–102. https://doi.org/10.15372/SJFS20160609

  10. Буянтуева Л.Б., Никитина Е.П. Микробиологические исследования каштановых почв юго-западного Забайкалья // Самарский научный вестник 2015. № 2. С 38–40.

  11. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 272 с.

  12. Габбасова И.М., Гарипов Т.Т., Сулейманов Р.Р., Комиссаров М.А., Хабиров И.К., Сидорова Л.В., Назырова Ф.И., Простякова З.Г., Котлугалямова Э.Ю. Влияние низовых пожаров на свойства и эрозию лесных почв Южного Урала (Башкирский государственный природный заповедник) // Почвоведение. 2019. № 4. С. 412–421.

  13. Гениатулин Р.Ф. Энциклопедия Забайкалья. Т. 1. Читинская область. Новосибирск: Наука, 2000. 102 с.

  14. Герасимов И.П. Предбайкалье и Забайкалье. М.: Наука, 1965. 492 с.

  15. Горбунова Ю.С., Девятова Т.А., Григорьевская А.Я. Влияние пожаров на почвенный и растительный покров лесов центра русской равнины // Вестник Воронежского гос. ун-та. Сер. Химия, биология, фармация. 2014. № 4. С.52–56.

  16. Гродницкая И.Д., Карпенко Л.В., Пашкеева О.Э., Гончарова Н.Н., Старцев В.В., Батурина О.А., Дымов А.А. Влияние лесных пожаров на микробиологические свойства торфяных олиготрофных почв и торфяно-подзолов глеевых в болотах северной части Сым-Дубчесского междуречья (Красноярский край) // Почвоведение. 2022. № 4. С. 454–468.

  17. Гынинова А.Б., Дыржинов Ж.Д., Гончиков Б.-М.Н. Особенности трансформации почв под влиянием пожаров в сосновых лесах Прибайкалья // Вестник Бурятского гос. ун-та. 2018. № 1. С. 44–53. https://doi.org/10.18101/2587-7143-2018-1-44-53

  18. Дымов А.А., Дубровский Ю.А., Габов Д.Н. Пирогенные изменения подзолов иллювиально-железистых (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2014. № 2. С. 144–154.

  19. Евдокименко М.Д. Пирогенные нарушения лесорастительной среды в сосняках Забайкалья и их лесоводственные последствия // Лесоведение. 2014. № 1. С. 3–12.

  20. Казеев К.Ш., Одабашян М.Ю., Трушков А.В., Колесников С.И. Оценка влияния разных факторов пирогенного воздействия на биологические свойства чернозема // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1372–1382.

  21. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

  22. Краснощеков Ю.Н., Чередникова Ю.С. Постпирогенная изменчивость лесных почв в горном Прибайкалье. Новосибирск: СО РАН, 2022. 164 с.

  23. Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов. Вопросы лесной пирологии. Красноярск, 1970. С. 5–58.

  24. Макарова А.П., Напрасникова Е.В. Микробиологическая и биохимическая характеристика мерзлотных глеевых почв Северного Забайкалья // Известия Иркутского гос. ун-та. Сер.Биология. Экология. 2011. № 1. С. 25–32.

  25. Максимова Е.Ю., Кудинова А.Г., Абакумов Е.В. Функциональная активность почвенных микробных сообществ постпирогенных островных сосновых лесов г. Тольятти Самарской области // Почвоведение. 2017. № 2. С. 249–255.

  26. Маслов М.Н., Маслова О.А., Поздняков Л.А., Копеина Е.И. Биологическая активность почв горнотундровых экосистем при постпирогенном восстановлении // Почвоведение. 2018. № 6. С. 728–737.

  27. Масягина О.В., Евграфова С.Ю., Титов С.В., Прокушкин А.С. Динамика дыхания почвы на разных стадиях послепожарной восстановительной сукцессии на примере разновозрастных гарей Эвенкии // Экология. 2015. № 1. С. 23–32.

  28. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. М.: Агропромиздат, 1987. 368 с.

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

  30. 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.

  31. 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.

  32. Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Чернова О.В. Микробная биомасса, ее активность и структура в почвах старовозрастных лесов Европейской территории России // Почвоведение. 2011. № 4. С. 479–494.

  33. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания по изучению типов леса. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 144 с.

  34. Сусьян Е.А., Ананьева Н.Д., Гавриленко Е.Г., Чернова О.В., Бобровский М.В. Углерод микробной биомассы в профиле лесных почв южной тайги // Почвоведение. 2009. № 10. С. 1233–1240.

  35. Цибарт А. С., Геннадиев А. Н. Влияние пожаров на свойства лесных почв Приамурья (Норский заповедник) // Почвоведение. 2008. № 7. С. 783–792.

  36. Чернов Т.И., Семенов М.В. Управление почвенными микробными сообществами: возможности и перспективы (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1506–1522.

  37. Шахматова Е.Ю. Изменение свойств подстилки и почв на гарях в сосновых лесах Западного Забайкалья // Наука и образование. 2017. № 3. С. 101–106.

  38. 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. https://doi.org/10.1016/0038-0717(78)90099-8

  39. Anderson T.-H., Domsch K.H. Application of eco-physiological quotients (qCO2 and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories // Soil Biol. Biochem. 1990. V. 22. P. 251–255.https://doi.org/10.1016/0038-0717(90)90094-G

  40. Barrett K., Baxter R., Kukavskaya E., Balzter H., Shvetsov E., Buryak L. Postfire recruitment failure in Scots pine forests of southern Siberia // Remote Sensing of Environment. 2020. V. 237. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.111539

  41. Certini G. Fire as a soil-forming factor. 2014. Ambio 43. P. 191–195. https://doi.org/10.1007/s13280-013-0418-2

  42. Certini G., Moya D., Lucas-Borja M.E., Mastrolonardo G. The impact of fire on soil-dwelling biota: A review // Forest Ecology and Management. 2021. V. 488. P. 118989. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.118989

  43. Cutler N.A., Arróniz-Crespo M., Street L.E., Jones D.L., L. Chaput D.L., DeLuca T.H. Long-term recovery of microbial communities in the boreal bryosphere following fire disturbance // Microb. Ecol. 2017. V. 73. P. 75–90. https://doi.org/10.1007/s00248-016-0832-7

  44. Dicen G.P., Rallos R.V., Labides J.L.R., Navarrete I.A. Vulnerability of soil organic matter to microbial decomposition as a consequence of burning // Biogeochemistry. 2020. V. 150. P. 123–137. https://doi.org/10.1007/s10533-020-00688-1

  45. Dooley S.R., Treseder K.K. The effect of fire on microbial biomass: a meta-analysis of field studies // Biogeochemistry. 2012. V. 109. P. 49–61. https://doi.org/10.1007/s10533-011-9633-8

  46. Fritze H., Pennanen T., Pietikainen J. Recovery of soil microbial biomass and activity from prescribed burning // Can. J. Forest Research. 1993. V. 23. P. 1286–1290. https://doi.org/10.1139/x93-164

  47. Insam H., Haselwandter K. Metabolic quotient of the soil microflora in relation to plant succession // Oecologia. 1989. V. 79. P. 174–178. https://doi.org/10.1007/bf00388474

  48. IUSS Working Group WRB, 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. Int. soil Classif. Syst. naming soils creating legends soil maps.

  49. Kukavskaya E.A., Buryak L.V., Shvetsov E.G., Conard S.G., Kalenskaya O.P. The impact of increasing fire frequency on forest transformations in southern Siberia // Forest Ecology Management. 2016. V. 382. P. 225–235. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2016.10.015

  50. Ludwig S.M., Alexander H.D., Kielland K., Mann P. J., Natali S.M., Ruess R.W. Fire severity effects on soil carbon and nutrients and microbial processes in a Siberian larch forest // Global Change Biology. 2018. V. 24. P. 5841–5852. https://doi.org/10.1111/gcb.14455

  51. Mataix-Solera J., Guerrero C., García-Orenes F., Bárcenas G.M., Torres M. P. Forest fire effects on soil microbiology // Fire Effects on Soils and Restoration Strategies. Enfield: Cerdà Science Publishers, 2009. P. 133–175.https://doi.org/10.1201/9781439843338n

  52. Pingree M.R.A., Kobziar L.N., 2019. The myth of the biological threshold: A review of biological responses to soil heating associated with wildland fire // Forest Ecology and Management. V. 432. P. 1022–1029. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.10.032

  53. Prendergast-Miller M.T., DeMenezes A.B., Macdonald L.M., Toscas P., Bissett A., Baker G., Farrell M., Richardson A.E., Wark T., Thrall P.H. Wildfire impact: Natural experiment reveals differential short-term changes in soil microbial communities // Soil Biol. Biochem. 2017. V. 109. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2017.01.027

  54. Pressler Y., Moore J.C., Cotrufo M.F. Belowground community responses to fire: meta-analysis reveals contrasting responses of soil microorganisms and mesofauna // Oikos. 2019. V. 128. P. 309–327. https://doi.org/10.1111/oik.05738

  55. Sharma U., Garima, Sharma J.C., Devi M. Effect of forest fire on soil nitrogen mineralization and microbial biomass: A review // J. Pharmacognosy Phytochemistry. 2017. V. 6. P. 682–685.

  56. Yeager C.M., Northup D.E., Grow C.C., Barns S.M., Kuske C.R. Changes in nitrogen-fixing and ammonia-oxidizing bacterial communities in soil of a mixed conifer forest after wildfire // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. P. 2713–2722. https://doi.org/10.1128/AEM.71.5.2713-2722.2005

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал