Динамика углерода микробной биомассы целинных степных и сухостепных почв Забайкалья

целостной районной (городской) системы наблюдения за качеством поверхностных и подземных вод, атмосферы, почв, в том числе и с использованием сил и средств районных подразделений федеральных органов исполнительной власти: Роспотребнадзора, Росприроднадзора, МЧС, Росрыболов-ства, Бассейновых водных управлений и других. Важный вклад в этот процесс может и должна вложить правильно организованная, управляемая и координируемая органом местного самоуправления целостная система производственного экологического контроля, включающая сеть производственноаналитических лабораторий предприятий города (района). Отсюда следует вывод о том, что именно на уровне органов местного самоуправления в лице экологического органа, имеющего в том числе и контрольные функции, должна закладываться первичная аналитическая база системы управления качеством окружающей среды.

Это представляется важным и потому, что подсистема экологической безопасности на уровне муниципального образования играет двойную роль: важно не только вовремя отследить негативные процессы в природной среде, но и своевременно запланировать соответствующие управленческие решения по организации природоохранных мероприятий, независимо от их стоимости, источников финансирования и сроков внедрения - будь то строительство очистных сооружений, ограничение сбро-

сов (выбросов), рекультивация земель, сбор вторичного сырья и т.п. [3].

Именно с самого низшего уровня подсистемы экологической безопасности - муниципального -формируются как необходимые управленческие решения, так и инициируется разработка природоохранных нормативных актов, а также законодательных инициатив в представительный орган субъекта РФ в целях повышения эффективности экологического законодательства, в том числе и на федеральном уровне.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать однозначный вывод: если в ближайшее время не будут предприняты меры по воссозданию природоохранной организационно-управленческой системы на уровне местного самоуправления, рассчитывать на улучшение и без того сложной экологической обстановки в России явно не придется.

Библиографический список

1. Конституция Российской Федерации. - М.: Маркетинг, 2001. - 39 с.

2. Российская Федерация. Законы. Об охране окружающей среды. - Собрание законодательства РФ, 2002, № 2, ст. 133; 2004, № 35, ст. 3607. - 34 с.

3. Гаврилов Е.В., Исаков В.М., Цховребов Э.С. Проблемы обеспечения экологической безопасности на территории муниципального образования // ЭКОС-Информ. - 2005. - № 1. - С. 17-21.

УДК 631.461

Чимитдоржиева Эржена Очировна

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

erzhena_ch@mail.ru

Чимитдоржиева Г алина Доржиевна

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

galdoij@gmail. com

ДИНАМИКА УГЛЕРОДА МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ ЦЕЛИННЫХ СТЕПНЫХ И СУХОСТЕПНЫХ ПОЧВ ЗАБАЙКАЛЬЯ

Выявлена достоверная связь между изменением температуры и количеством С-биомассы в почвах. Дефицит влаги в почвах лимитировал рост микроорганизмов в отдельные периоды вегетации. Влияние влажности проявлялось через изменение активности растений и обеспеченности микроорганизмов субстратом и биогенными элементами.

Ключевые слова: углерод, микробная биомасса, черноземы.

Микробный углерод почвы - важная функциональная часть почвенного органического углерода, обеспечивающая основную продукцию диоксида углерода почвами [1]. Знания о запасе микробного углерода различных типов почв важны для экологических исследований, в том числе и прогнозных сценариев. Особый интерес представляют ненарушенные степные и сухостепные биоценозы, запасы углерода в которых отражают их природный потенциал.

Цель работы - изучить сезонную динамику накопления С-биомассы и оценить запасы микроб-

ного углерода черноземов и каштановых почв Туг-нуйской котловины Забайкалья.

Работа выполнена в 2008-2010 гг. в Тугнуйс-кой котловине Западного Забайкалья. Объектами исследований являлись целинные черноземы и каштановые почвы.

Физико-химические свойства почв определяли общепринятыми методами [2; 3]. С-микробные биомассы исследовали регидратационным методом [4].

Для черноземов характерны: мощность гумусового профиля 25-33 см, содержание гумуса 4,15,3%, легкий гранулометрический состав, неболь-

Кцелинэ — — Ч целина

Рис. 1. Динамика С-биомассы в черноземах и каштановых почвах за вегетационный сезон 2008 г., мг С / 1 г почвы

шая сумма поглощенных оснований (22,629,7 мг-экв/100 г почвы). Каштановым почвам свойственна незначительная мощность горизонта А: 24-26 см. Легкий гранулометрический состав определяет низкое содержание гумуса (1,0-2,3%) и низкую емкость катионного обмена.

По нашим данным, в начале вегетации 2008 года количество С-биомассы было невысокое, что обусловлено глубоким промерзанием почв и медленным весенним их прогреванием. Величина С-биомассы в середине мая составляла в черноземе - 0,56 и в каштановой почве - 0,38 мг С / 1 г почвы (см.: рис. 1). В черноземах отмечается почти вдвое большее количество С-биомассы, чем в каштановых почвах, что объясняется комплексом физических и физико-химических свойств почвы.

С повышением температуры почвы и после выпадения осадков, количество С-биомассы в черноземах постепенно нарастает от 0,51 до 0,64, и в каштановых почвах - от 0,30 до 0,44 мг С / 1 г почвы.

Отсутствие осадков в первой и второй декадах июля в сочетании с высокой температурой воздуха привело к дефициту влаги в почвах, вследствие чего наблюдалось снижение накопления микробной массы в черноземе от 0,62 до 0,52, в каштановой почве - от 0,39 до 0,31 мг С / 1 г почвы.

В третьей декаде июля накопление С-биомассы незначительно повышается в черноземе - 0,65, в каштановой почве - 0,43 мг С / 1 г почвы. После небольшого падения в первой декаде августа во второй декаде содержание С-биомассы в черноземе повышается до 0,61 и в каштановых почве -0,42 мг С / 1 г почвы. В этот период верхние слои почв находились в оптимальном соотношении влажности и температуры, что и обусловило накопление С-биомассы.

В с ентябре наблюдается спад содержания С-биомассы, что связано с затуханием биологических процессов в почвах. Количество углерода микробной биомассы плавно понижалось в черноземе

до 0,45 и в каштановой почве до 0,32 мг С / 1 г почвы. Активность и всплеск микробной активности очень тесно связаны с температурой и влажностью почвы.

В вегетационном сезоне 2009 года динамика содержания углерода микробной биомассы соответствовала изменениям погодных условий. Оттаивание почв весной, высокое содержание в них биогенов и доступных минерализации органических остатков способствовало инициации гидролитической микрофлоры (Ь-стратеги), активность которой приводила к разложению сложных органических веществ, что обеспечивало легкогидролизуемым субстратам другие группы микроорганизмов [5]. Так, в начале вегетации растений количество микробной массы составляло в черноземе - 0,55 и в каштановой почве - 0,40 мг С / 1 г почвы (см.: рис. 2).

Во второй декаде мая наблюдалось незначительное понижение накопления С-биомассы в черноземе - 0,32, и в каштановой почве - 0,21 мг С / 1 г почвы. Это связано с условиями увлажнения, в тот период почвы вследствие отсутствия осадков были иссушены. После продолжительной весенней засухи, выпадение осадков способствовало повышению количества С-биомассы, где в третьей декаде июня оно достигало своего первого максимума в черноземе - 0,61 и в каштановой почве - 0,44 мг С / 1 г почвы. По мере использования почвенными микроорганизмами легкодоступных органических соединений, содержащихся в растительных остатках, корневых экссудатах, низкомолекулярных гумусоподобных веществах в почвах под паром, происходит уменьшение количества и видового разнообразия почвенной микробиоты вследствие исчерпания доступных питательных субстратов [6].

В начале июля усиливалась конкуренция между растениями и микроорганизмами за источники питания, что снижало содержание последних в почве. Содержание С-биомассы в этот период было сравнительно низким на всех почвах (см.: рис. 2).

0,65

^ ^ ^ Л' Л' Г,' Л1 чр' £>' ^ Л> «< «* <0'

т? г° л'*' -сз*' .о'*' л'5' ^ ,/ ,/ ^ ^ ^

4 г * 4 г ^ *с>» ^ ор*

Кцелина

Ч целина

Рис. 2. Динамика С-биомассы в черноземах и каштановых почвах за вегетационный сезон 2009 г., мг С / 1 г почвы

Увлажнение почвы после выпадения осадков в июле, после засушливого периода, привело к подъему содержания С-биомассы в черноземе -0,58 и в каштановой почве - 0,40 мг С / 1 г почвы.

В августе, после небольшого спада количества С-биомассы в конце июля, наблюдался подъем накопления в черноземе до 0,55, в каштановой почве - 0,27 мг С / 1 г почвы.

В конце вегетации содержание С-биомассы несколько возрастало, составляя в черноземе - 0,49 и в каштановой почве - 0,36. Этот максимум количества С-биомассы связан с микробиологической сукцессией: вследствие поступления в почву свежих растительных остатков ослабляются конкурентные взаимоотношения между растениями и микроорганизмами за питательные вещества, а отсутствие лимитирования по субстрату и элементам питания способствует активному росту различных групп микроорганизмов.

В начале вегетации 2010 года в черноземе целинном содержание углерода микробной биомассы составляло 0,55, в целинной каштановой почве -

0,35 мг С / 1 г почвы. Активному формированию микробной массы способствовало выпадение осадков в середине мая (см.: рис. 3).

Увеличение количества С-биомассы в середине июня связано, вероятно, с бурным ростом г-стра-тегов [7; 8]. При благоприятных гидротермических условиях, накопление углерода микробной биомассы плавно нарастало и достигало первого максимума в черноземе - 0,60 и в каштановой почве - 0,45 мг С / 1 г почвы.

В связи с засушливой погодой в конце июня -первой половине июля содержание С-биомассы снижалось в черноземе до 0,32 и в каштановой почве до 0,23 мг С / 1 г почвы. В конце июля, после осадков, этот показатель достиг своего второго пика и повысился в черноземе до 0,58 и в кашта-

Кцелина — — Ч целина

Рис. 3. Динамика С-биомассы в черноземах и каштановых почвах за вегетационный сезон 2010 г., мг С / 1 г почвы

новой почве - 0,37 мг / 1 г почвы.

В августе показатель С-биомассы колеблется в интервале на черноземе 0,57-0,41, на каштановой почве - 0,32-0,29 мг С / 1 г почвы.

В сентябре накопление С-биомассы незначительно повышалось, что, возможно, связано с отмиранием и быстрым разложением растительных остатков на поверхности и в самой почве. Содержание С-биомассы в черноземе составляло 0,55 и в каштановой почве - 0,43 мг С / 1 г почвы.

Проведенный анализ позволяет связать сезонные изменения накопления С-биомассы с воздействием трофических и климатических факторов. Сходный характер сезонной динамики роста микроорганизмов в разных типах почвах свидетельствует о существовании единых внутренних и внешних механизмов, регулирующих сукцессионные изменения микробного сообщества. В природных условиях на кинетику роста микробных популяций влияет в основном взаимодействие их с другими компонентами экосистемы [9].

Анализ результатов изучения динамики содержания С-биомассы показал, что в течение вегетационного сезона ее максимумы и минимумы совпадают с таковыми периода весна-лето.

Основываясь на существующих в настоящее время экологических концепциях, можно полагать, что выявленные в наших исследованиях динамические изменения накопления С-биомассы связаны с изменениями в структуре почвенного микробного комплекса.

Статистическая обработка данных показала, что в разных типах почв содержание С-биомассы достоверно различалось. В наших экспериментах выявлена достоверная связь между изменением температуры и количеством С-биомассы в почвах. Дефицит влаги в почвах лимитировал рост микроорганизмов в отдельные периоды вегетации. Доказательством является прямая связь между содержанием С-биомассы и влажностью почв г = 0,6-0,9. Влияние влажности проявлялось через изменение активности растений и обеспеченности микроорганизмов субстратом и биогенными элементами.

Амплитуда колебаний содержания С-биомассы за весь период наблюдений характеризует способность микробного комплекса реагировать на изменение условий среды. Резкие колебания в содержании С-биомассы в почвах, отличающихся меньшим ресурсом гумуса, связаны с реакцией микроорганизмов на изменение факторов среды, которые влияют на поступление в почву легкогидролизуемого органического субстрата. Высокая амплитуда колебаний характеризует меньшую устойчивость микробного комплекса этих почв. Так, накопление С-биомассы в черноземах в меньшей степени зависело от воздействия условий среды, прежде всего благодаря протекторной функции органического вещества.

По нашим данным, количество С-биомассы от запаса органического углерода почвы в среднем составляет для черноземов 1,4-2,5% и каштановых почв 1,8-3,3%.

Для сравнения приведем данные других регионов. В почвах Западной Сибири количество С-био-массы колеблется от 1,2 до 7,5% [10; 11]. По другим оценкам, на долю почвенной микробной биомассы приходится от 3 до 10% органического углерода [12]. По зарубежным публикациям, доля С-биомассы в органическом веществе пахотных почв колеблется от 1 до 4% [13]. По данным F.P. Anderson и K.H. Domsch [14], она изменяется в более широких пределах (0,2-4,8%). Эти оценки близки к количественным показателям для изученных черноземов и каштановых почв Тугнуйской котловины.

Процессы микробиологической иммобилизации углерода в большей степени зависели от количества и качества субстрата. Опосредованное влияние климатических факторов связано с продукционными и деструкционными процессами, включая поступление в почву растительных остатков, которые разлагаются постепенно в течение нескольких лет.

Микробиологические и биохимические показатели криоаридных почв значительно ниже, а параметры их колебаний выше, по сравнению с аналогами почв других территорий, что предопределяет нестабильный уровень потенциального плодородия.

Наряду с общими микробиологическими показателями криоаридных почв, отличия и контрасты параметров почвенных условий отдельных типов накладывают специфические особенности на микробиологические процессы, протекающие в этих почвах.

Библиографический список

1. Jenkinson D.S., Powlson D.S. The effect of biocidal treatment on metabolism in soil: 5. A method for measuring soil biomass // Soil Biol. and Biochem. -1976. - Vol. 8. - № 3. - P. 209-213.

2. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

3. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975.

4. Благодатский С.А., Благодатская Е.В., Горбенко А.Ю. и др. Регидратационный метод определения микробной биомассы в почве // Почвоведение. - 1987. - № 4. - С. 64-71.

5. Умаров М.М. Ассоциативная азотофикса-ция. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. - 136 с.

6. Нимаева С.Ш. Микробиология криоаридных почв. - Новосибирск: Наука, 1992. - 176 с.

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

8. Паников Н.С. Кинетика роста микроорганизмов: общие закономерности и экологические приложения. - М.: Наука, 1991. - 310 с.

9. Паников Н.С. Особенности кинетики микробного метаболизма в природных средах // Экологическая роль микробных метаболитов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. - С. 140-165.

10. Наумова Н.Б. Биомасса микроорганизмов в почвах естественных, сельскохозяйственных и техногенных экосистем Сибири: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Новосибирск, 1990. - 19 с.

11. Якутин М.В. Биомасса и активность микроорганизмов пойменных почв Средней Оби // Почвоведение. - 1994. - № 12. - С. 70-76.

12. СемёновВ.М., ИванниковаЛА., Кузнецова Т.В. Структурно- функциональное состояние органического вещества почвы // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. - М.: Наука, 2006. - С. 230-247.

13. Тейт Р.Ш. Органическое вещество почвы. -М.: Мир, 1991. - 398 с.

14. Anderson J.P., Domsch K.H. Mineralization of bacteria and fungi in chloroform-fumigated soils // Soil Biol. and Biochem. - 1978. - Vol. 10. - № 3. -P. 207-213.