О некоторых результатах изучения молодых почв на модельных лизиметрах (в условиях длительного эксперимента)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МГУ им. М.В. Ломоносова

Мособлгосэкспертиза

О некоторых результатах изучения молодых почв на модельных лизиметрах (в условиях длительного эксперимента)

Первова Н.Е., Савельев Д.В.

Аннотация

В статье приведены результаты многолетних исследований на модельных лизиметрах почвенного стационара МГУ. Изучали особенности накопления органического вещества формирующихся почв под различными БГЦ. Также определяли биологическую активность почв как показатель интенсивности микробиологических процессов.

Ключевые слова: ЛИЗИМЕТР, МОДЕЛЬНЫЕ БГЦ, ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ

Основная часть

Изучение особенностей почвообразования до настоящего времени остается важнейшей задачей генетического почвоведения. Актуальность подобных исследований обусловлена необходимостью понимания процессов, в ходе которых формируется почва. Это важно для адекватной оценки ее экологических и регуляторных функций. Понимание закономерностей, по которым развивается почва, необходимо для сохранения существующих или восстановления нарушенных ландшафтов.

В большинстве случаев объектами изучения являются уже сформировавшиеся почвы, вследствие чего можно говорить только о конечных или промежуточных результатах действия процессов почвообразования. Это определяет гипотетический характер многих выводов, основанных на интерпретации накопленных к настоящему времени данных.

Для окончательного ответа на некоторые вопросы нужны более надежные данные, полученные на основе прямых наблюдений in situ. Однако проводить такие исследования применительно к длительным почвообразующим (горизонтообразующим, профилеобразующим) процессам довольно сложно. почва биогеоценоз активность микробиологический

В некоторой мере приближением к познанию почвообразования может стать изучение результатов строго определенных этапов формирования почвы. При этом для однозначной трактовки происходящих в почве изменений необходимо знать состояние всех факторов почвообразования за рассматриваемый период.

Нахождение таких объектов в природе оказывается весьма затруднительным. В результате этого значительный интерес представляет воспроизведение почвообразования в условиях модельных экспериментов. Следует заметить, что подобное моделирование может применяться, главным образом, при исследовании начальных стадий почвообразования. Особенный интерес представляет лизиметрический метод, который позволяет проследить за некоторыми почвенными процессами в длительном эксперименте [1-3].

Для проведения эксперимента в 1967 году на территории Московского университета были заложены лизиметры большого объема (глубина 2 метра), в которых моделируется почвообразование под разными фитоценозами, свойственными подзоне южной тайги. Лизиметры были засыпаны бескарбонатным покровным суглинком. Такие лизиметры представляют благоприятную возможность для исследования почв, прежде всего, потому, что практически все факторы почвообразования детерминированы. Заложено 20 лизиметров, 4 из них заселены культурой ели, 4 - смешанными древесными породами (ель, дуб, клен), 4 - широколиственными породами (дуб, клен). Луговая растительность также занимает 4 лизиметра, ещё 2 засеяны культурами, входящими в полевой севооборот, и 2 лизиметра - контрольные, поддерживаемые в состоянии чистого пара. Устройство лизиметров детально описано М.А.Виннник и Н.Н.Болышевым [4].

Важнейшей задачей в проведении модельного эксперимента является изучение особенностей развития почвообразующих процессов при точно известном времени почвообразования, одинаковых климатических условиях под различными типами растительности. Такая постановка эксперимента позволяет с большой достоверностью рассмотреть в отдельности взаимосвязь растений и почвы, тем более что формирование фитоценозов по времени совпадает с нуль-моментом развития почвы.

Известно, что начальные стадии почвообразования сопровождаются накоплением органического вещества. В результате этого обстоятельства появляется возможность диагностировать слаборазвитые почвы. Отмечено, что первые морфологические изменения покровного суглинка (покраска минеральной массы органическим веществом) относятся к середине второго десятилетия проводимого эксперимента. К настоящему времени в лизиметрах сформировались слаборазвитые почвы с самостоятельными горизонтами.

Отмечено, что количество накапливаемого гумуса увеличивается в течение проводимого модельного эксперимента под различными БГЦ (табл. 1). Различия в содержании углерода более всего заметны в верхних горизонтах. Коэффициенты вариации, рассчитанные для содержания органического вещества в гумусовых горизонтах и трех следующих слоях мощностью 5 см, соответственно, равны 48, 28 и 18 %. Минимальное содержание углерода под паром - 0,33, максимальное - под широколиственным лесом - 4.85. В исходном суглинке содержание углерода - 0,07%.

Таблица 1

Содержание углерода в почвах и лизиметрических водах

Отмечено, что содержание органического углерода в почвах лизиметров растет с увеличением биомассы [5].

Основную роль в формировании гумусового профиля играют процессы муллевого, копрогенного и корневого гумусоообразования; в большинстве случаев преобладает корневое гумусоообразование. Средняя скорость роста гумусового горизонта на среднем бескарбонатном суглинке равна 0,7 мм/год [6].

Изучение почвообразовательных процессов включает определение микробиологических свойств почвы. Для их оценки были изучены следующие показатели: общая микробная биомасса, интенсивность дыхания, активность аммонификации и денитрификации, структура комплекса микроскопических грибов.

Микробная биомасса оказалась минимальной под паром, несколько выше под севооборотом и гораздо выше - под смешанным лесом и ельником. Данный показатель имеет наиболее высокое значение под многолетними травами (рис. 1)

Рис 1 Микробная биомасса и ее доля от содержания общего органического углерода (П - пар, Е - ель, ЕДК - ель, дуб, клен, МТр - многолетние травы, С/Х - севооборот)

По запасам биомассы в верхнем слое (0-5 см) почвы под многолетними травами и лесной растительностью сходны с дерново-подзолистыми фоновыми почвами, однако в последних количество микробной биомассы снижается с глубиной постепенно, в то время как в почвах лизиметров падение более резкое: уже на глубине 2-5 см биомасса в 3-5 раз меньше, чем в вышележащем слое (0-2 см).

Запасы микробной массы тесно коррелируют с содержанием органического углерода в почве (коэффициент корреляции 0,90). Доля углерода микробной биомассы от содержания общего органического углерода составляет 2-4 % (рис 1.) Максимальной величины этот показатель достигает в почвах под многолетними травами, что свидетельствует о том, что органическое вещество в этой почве наиболее доступно для микроорганизмов.

Активность дыхания максимальна в почве под многолетними травами и лесной растительностью по сравнению с паром и севооборотом. Процессы аммонификации аргинина протекают наиболее интенсивно также в почвах под многолетними травами, затем следуют смешанный лес и полевой севооборот. В почве под многолетними травами активность аммонификации приближается к этому показателю в зональных дерново-подзолистых почвах.

Обнаружена взаимосвязь между активностью аммонификации легкодоступных соединений азота и масштабом газообразных потерь азота при денитрификации почв под лесом и травянистым покровом. Активность денитрификации наиболее высокая в почве под многолетними травами и полевыми культурами, несколько ниже - под смешанным лесом и минимальна - в почве под ельником и паром.

Сравнительный анализ структуры комплексов микроскопических грибов показал, что процесс их формирования еще не завершен. Комплекс микроскопических грибов характеризуется меньшим видовым разнообразием, большей выраженностью доминирования отдельных видов и описывается логарифмической моделью рангового распределения обилия видов, что характерно для молодых сообществ ранних стадий.

Установлено, что под каждым типом растительности формируется специфический по составу грибной комплекс. Так, в почве под паром доминирует род Penicillium, отсутствуют или имеют низкую численность Fusarium, Mucor, Trichoderma. Наиболее разнообразен комплекс грибов в почвах под смешанным лесом, затем следуют многолетние травы, севооборот и ельник. Только в почве под полевыми культурами обнаружен Penicillium funiculosum, Chaetomium, Mucor под луговыми травами -Paecylomyces lilacinus, под ельником - P.thomil.

Результаты нашей работы согласуются с другими исследованиями [7], в которых характерными и индикаторными видами для почв под еловым лесом считается P.thomil, а для многолетних трав - Paecylomeces lilacinus.

Формирование почв происходит в условиях города, что сказывается на присутствии видов, характерных для антропогенных ландшафтов: Penicillim chrysogenum, Aspergilus fumigatum, Aspergilus niger, Alternaria alternata.

Таким образом, молодые почвы различаются по биохимическим функциям, запасам микробной биомассы и видовому составу микроскопических грибов.

Изучение биологических характеристик почв было продолжено в 2015 году. В частности, определяли численность жизнеспособных гетеротрофных бактерий чашечным методом с использованием стандартной агаризованной триптиказо-соевой среды (ТСА) фирмы Sigma. Определение числа культивируемых жизнеспособных клеток (КОЕ на г образца) дает возможность судить об относительной интенсивности минерализационных процессов в почве. Определение проводилось для почв верхних горизонтов (0-5 см).

Для посева готовили водную суспензию с разведением до 1:1000.

Рассев каждого образца делали в трехкратной повторности. Подсчет числа колониеобразующих единиц (КОЕ) производили после инкубации от 3 до 15 суток при комнатной температуре.

Как видно из таблицы 2, наибольшее число культивируемых гетеротрофных бактерий обнаружено в образцах почв под многолетними травами и в варианте под дубом и кленом, что свидетельствует о наиболее интенсивных процессах минерализации в указанных вариантах.

Таблица 2

Численность жизнеспособных КОЕ под различной растительностью

Морфотипы выделенных бактериальных культур определяли по цвету и форме колоний, из которых в последующем готовили препараты для световой микроскопии и изучали их морфологию в фазово-контрастном микроскопе фирмы Биолам М-1. Выделенные в чистую культуру штаммы относили предварительно к грамотрицательным или грамположительным формам по тесту с KOЕ.

По морфологии выделенные нами бактериальные культуры были разделены на 4 типа: грамположительные - спорообразующие, коринеформные и кокки, а также грамотрицательные подвижные мелкие палочки. Наибольшим морфологическим разнообразием (наличием всех перечисленных морфологических типов) отличались образцы почв, в которых выявлялось и более высокое число культивируемых на стандартной питательной среде клеток, что может определять интенсивность процессов минерализации органического вещества почвы в исследуемых вариантах.

Полученные данные могут быть использованы при организации землепользования в городах и для прогноза эволюции городских почв и урбанизированных экосистем.

Выводы

1. В результате исследований последних лет отмечено увеличение мощности органопрофилей под различной растительностью. Максимальное количество углерода приходится на верхний горизонт почвы под широколиственным лесом.

2. Изучение биологической активности почв свидетельствует о том, что органическое вещество наиболее доступно для микроорганизмов под многолетними травами и широколиственными лесами.

3. На этих же вариантах опыта идет активное накопление гумуса. Вероятно, имеется тренд в нарастании активности почвенных процессов. Можно отметить, что формирование молодых почв происходит по зональному типу.

Список использованных источников

1. Первова Н.Е. Егоров Ю.В. Изучение миграции природных вод на модельных лизиметрах. Вестник МГУ. Сер 17. Почвоведение. 2012, № 1. С. 24-28.

2 Первова Н.Е. Золотарев Г.В. О некоторых особенностях биологического круговорота в модельных системах БГЦ. Агрохимический вестник. 2012, №3. С. 45-48.

3. Савельев Д.В. Владыченский А.С. Гумусовое состояние почв модельных экосистем почвенных лизиметров. Вестник МГУ. Сер 17. Почвоведение. 2001, № 1. С. 3-7.

4. Винник М.А. Болышев Н.Н. Первые итоги наблюдений в открытых лизиметрах. Почвоведение. 1972, № 4. С. 114-121.

5. Золотарев Г.В. Некоторые параметры биологического круговорота в модельных экосистемах почвенных лизиметров. Дисс. канд. биологических наук. М. 2006. 147 с.

6. Пономаренко С.В. Развитие профиля на начальных стадиях почвообразования. Дисс. канд. биологических наук. М.: МГУ. 1986. 215 с.

7. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: МГУ. 1976. 208 с.

Размещено на Allbest.ru