Влияние пирогенного фактора на биологическую активность почв степных ландшафтов

Литература

1. Моторин А.С., Букин А.В. Пойменные почвы лесостепной зоны Северного Зауралья / ГНУ НИИСХ Северного Зауралья Россельхозакадемии. Новосибирск, 2014. 228 с.

2. Моторин А.С., Букин А.В. Гранулометрический состав и химические свойства аллювиальных почв поймы реки Пышма // Аграрный вестник Урала. 2012. № 8 (100). С. 69-72.

3. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. Новосибирск: Наука, 1990. 286 с.

4. Еремин Д.И. Агрогенное изменение гранулометрического состава при распашке чернозёма выщелоченного в лесостепной зоне Зауралья // Вестник КрасГАУ. № 8. 2014. С. 34-36.

5. Рзаева В.В., Еремин Д.И. Изменение агрофизических свойств чернозёма выщелоченного при длительном использовании различных систем основной обработки и минеральных

удобрений в Северном Зауралье // Вестник КрасГАУ. 2010. № 3. С. 60-66.

6. Ерёмин Д.И., Моисеев А.Н. Влияние севооборотов на агрофизические свойства чернозёма выщелоченного // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. № 6. С. 26-32.

7. Iglovicov A.V. The development of artificial phytocenosis in environmental construction in the Far North / A.V. Iglovicov // Procedia Engineering. 2016. No 165. pp. 800-805.

8. Eremin D., Eremina, D. Influence of granulometric composition structure of anthropogenic- reformed soil on ecology of infrastructure / D.I. Eremin, D.V. Eremina // Procedia Engineering. 2016. No. 165. pp. 788-793.

9. Eremin D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use / D.I. Eremin // Eurasian Soil Science. 2016. Vol. 49. No. 5. pp. 538-545.

Влияние пирогенного фактора на биологическую активность почв степных ландшафтов

Е.С. Хилова, магистрант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Окружающая среда всегда испытывала воздействие огня, в той или иной степени разрушающего целостность любых экосистем. Безусловно, огонь влияет на каждый из компонентов биогеоценоза. Почва выступает неотъемлемой составляющей всей экосистемы. Она подвергается многостороннему, сильному, сложному воздействию, что в свою очередь приводит к изменению трофических уровней, гидротермического режима, а также биологических показателей.

Почвенные микроорганизмы представляют значительную долю почвенной подстилки. Они регулируют преобразование питательных веществ и поток энергии. Микробиологическое разнообразие почв имеет решающее значение для поддержания устойчивости экосистемы и сильно страдает из-за антропогенных нарушений, таких, как пожары. Такие нарушения могут вызывать сдвиги в комплексе почвенных микроорганизмов, что приводит к существенному воздействию на биогеохимические процессы и функционирование экосистемы [1].

Рассматривая вопрос о влиянии пирогенного фактора на свойства почв, следует учитывать, что действие его неоднозначно. Известно, что после пожара степь моментально зарастает свежей зеленью.

Вопросы постпирогенной трансформации степных ландшафтов Оренбургской области исследовали З.Н. Рябинина, С.Н. Рябцов, О.Г. Калмыкова,

A.А. Чибилева, А.И. Пуляев, М.А. Сафонов,

B.А. Немков, Е.В. Сапига, Е.В. Шеин и др. Их работы охватывают изучение воздействия пирогенеза на растительный и животный мир, физические и химические свойства почв.

Западно-европейские (Sauer В., 1950; Malin E., 1953; Cleve et al. 1983; Brye K., 2006) учёные говорят о том, что эволюция лесостепных почв, чернозёмов, каштановых и тёмно-каштановых шла при

непосредственном участии пирогенного фактора. Свидетельством тому является инфракрасный анализ гуминовых кислот, в результате которого обнаруживается так называемый пирогенный углерод, при первостепенном участии которого и формировались почвы [2].

Под действием огня изменяются биологические и химические показатели. Актуальным является вопрос об изменении микробиологических свойств почвы в первые годы после пожара. Цель исследования — выявление степени воздействия высоких температур на почву путём выяснения динамики численности разных эколого-трофических групп бактерий.

Материал и методы исследования. Осенью 2014 г. из-за неразумного обращения с огнём в 5 км от особо охряняемой природной территории — государственного заповедника «Оренбургский» возникло возгорание, которое вскоре распространилось на участок «Буртинская степь». Воздействию огня подверглись южные чернозёмы.

На данной территории были отобраны образцы весной, летом и осенью 2016 г. Было выбрано два участка, в частности на каждом из них присутствовали горевший и негоревший фрагменты.

С помощью элективных твёрдых питательных сред, предложенных Р. Кохом, были выращены и подсчитаны колониеобразующие единицы. Использовались стандартные методики и среды: среда Чапека — для учёта микроскопических грибов, крахмало-аммиачный агар (КАА) — для выявления аммилолитической группы микроорганизмов, среда Эшби — для выделения бактерий рода А1о1оЬае1ег, голодный агар (ГА) — учёт олиготрофных бактерий, среда Гетченсо-на — выявление целлюлозоразрушающих бактерий, мясопептонный агар (МПА) — выращивание аммонифицирующих бактерий. Осуществлялось культивирование почвенных суспензий в чашках Петри шпателем.

Результаты исследования. Пул почвенных микроорганизмов степи, особенно чернозёмов, представлен огромным разнообразием. Они связаны между собой и с растительными организмами трофическими, симбиотическими связями [3]. Следует отметить, что бактериальный пул выступает ключевым гумусообразующим и поч-ворегулирующим фактором. Почвенная биота участвует в превращении органических веществ. Многофункциональность и высокая чувствительность позволяют использовать их в качестве индикаторов изменений при воздействии какого-либо фактора.

Основные эколого-трофические группы микроорганизмов представлены: бактериями р. Л&1оЬас1вг, целлюлозоразрушающими, аммонифицирующими, амилолитическими, олиготрофными группами и микроскопическими грибами.

Подсчёт колониеобразующих единиц на 1 г почвы, выращенных на элективных средах, показал снижение численности всех эколого-трофических групп микроорганизмов как на первом, так и на втором участке. Весенний период совпадает с началом вегетационного периода, соответственно почвенная среда обогащена элементами питания.

По результатам анализа данных I этапа исследования численность микроорганизмов — аммо-нификаторов, осуществляющих минерализацию азотсодержащих органических веществ, снизилась на первом участке на 37,9%, на втором — на 12,6% (рис. 1). Следовательно, скорость минерализации горевшего участка ниже контрольного — не затронутого огнём.

Данные бактерии играют огромную роль, преобразуя органические вещества в восстановленную неорганическую форму. На II этапе также наблюдалась тенденции снижения числа микроорганизмов на гари, в то время как III этап характеризовался восстановлением активности аммонифицирующих бактерий.

Аналогичные результаты получены при культивировании олиготрофных микроорганизмов. Их активность уменьшалась в почвах первого участка на 49,1% и второго — на 31,2% (I этап). Эти данные свидетельствуют о высокой степени изменения свойств почв при воздействии пожара. Характер варьирования численности в осенний период говорит об улучшении питательной базы, в связи с чем повышается активность горевшего фрагмента (рис. 2).

Помимо этого во время эксперимента выявлено снижение числа микроорганизмов, разлагающих целлюлозу. Данная группа является достаточно зависимой от сезонных изменений. Зимой процесс разложения угнетён, его усиление происходит в мае, а также в осенний период при поступлении свежего растительного опада [4]. В весенний период показатели функциональной активности олиготрофных микробоценозов первого горевшего участка снизились на 39%, второго — на 25% (рис. 3). Осенью численность данной группы бактерий на гари возросла.

Организмы, которые осуществляют расщепление крахмала, проявили более низкую активность на затронутых огнём участках. Так, численность колонний амилолитиков уменьшилось на 65,5 и 80,2% обоих горевших полигонов соответственно.

Рис. 1 - Динамика численности аммонификаторов

Рис. 2 - Динамика численности олиготрофных микроорганизмов

Рис. 3 - Динамика численности целлюлозолитиков Рис. 4 - Динамика численности амилолитиков

1(10

2 £

£ 2 о ^

2 х

к ^ ы ^

80 -

60 -

40 У

20

0 -

Рис. 5 - Активность бактерий р. Лго^Ьа^вг

На III этапе активность амилолитической группы микроорганизмов на участке, подверженном действию огня, увеличилась (рис. 4).

Общая картина постпирогенной микробиологической активности в образцах первого этапа характеризуется стрессовым состоянием, дисбалансом процессов синтеза и разложения.

Обогащённость бактериями р. А^о^Ьа^вг снизилась на горевшем полигоне первого участка на 4,6%, на втором участке — на 36,9%. На II этапе тенденция сохранялась. В образцах почвы, взятых на III этапе исследования, повысилась численность данных бактерий (рис. 5).

Из литературных источников известно, что данные бактерии требовательны к наличию влаги в среде (около 60% от общей влагоёмкости) и органических веществ [5]. AzotoЬactвг chгoococcum образует слизистые, выпуклые или растекающиеся тёмно-бурые или чёрные колонии. Az. vinвlandii формируют прозрачные слизистые колонии, которые выделяют желтовато-зеленоватый или сине-зелёный пигменты, проникающие в среду. Из трёх возможных видов бактерий р. AzotoЬactвг (Az. сhoococcum, Az. agilis, Az. vinвlandi) образовались бесцветные, не переходящие в среду колонии микроорганизмов АzotoЬactвг agilis.

Высокая требовательность к внешним факторам делает распространение азотобактера весьма ограниченным. Однако почвы степных чернозёмов обладают высокими запасами данной группы бактерий. В весенний период активность азатобактера снижена, осенью при поступлении новых питательных веществ после засушливого лета она возрастает.

Помимо изменения бактериального состава пожар привёл к изменению активности почвенных грибов. Отмечена зависимость микроскопических грибов от показателей влажности и температуры.

Анализ численности мицелиальных форм согласуется с результатами А. И. Фахрутдинова и Т. Д. Ямпольской, в частности уменьшение кислотности подстилки и поступление в почву зольных элементов снижают количество микроскопических грибов. Это можно объяснить усилением конкуренции в поиске питательных веществ со стороны бактериальной микрофлоры [6].

Рис. 6 - Активность микроскопических грибов в почве после пожара

Численность микромицетов снизилась на гари и на первом и на втором участках. При этом в конце вегетационного периода (III этап) активность возросла, показатели горевшего участка практически не уступали незатронутому. Второй участок претерпел незначительные изменения. Осенью показатели активности микроскопических грибов повысились (рис. 6). Чернозёмы южные отличаются высокой конкурентоспособностью микроскопических грибов в борьбе за питательные элементы.

Микробный пул обусловливает гомеостати-ческое состояние почвенного покрова. За счёт опада в осенний период свежих растений, а соот-ветсвенно обогащения питательными, а вследствие пожара и зольными элементами группировки микроорганизмов активизировались. Наблюдалась преобладание аммонификаторов, целлюлозолити-ков. Частичное преобладание эколого-трофичес-ких групп микроорганизмов на гари свидетельствует о восстановлении свойств почв, которое связано с поступлением влаги и органического вещества.

Исследования III этапа (образцы почвы, взятые в осенний период) можно охарактеризовать общими тенденциями восстановления микробиологической активности в почвах на гари.

Действие пирогенного фактора на микробоце-нозы почв было неоднозначным, что определяется как неравномерным распространением огня, так и мозаичным характером произрастания напочвенного покрова и микрорельефом.

Выводы. После пожара 2014 г. на второй год исследования почва проявила пониженную биологическую активность на горевших полигонах, что связано с обеднением микрофлоры. Однако восстановление происходило быстро, и уже в конце вегетационного периода активность бактериальной микрофлоры на гари полностью восстановилась.

Активизация бактерий осенью связана с улучшением питательных свойств и климатических условий. Различный характер изменений состава микробоценоза антропогенных почв усиливает отдельные известные нам биохимические процессы, которые происходят в рамках данной почвенно-климатической зоны.

Литература

1. Богородская А.В., Сорокин Н.Д., Иванова Г.А. Влияние пирогенного фактора на микробные комплексы почв сосняков Средней Сибири // Лесоведение. 2005. № 2. С. 25—11.

2. Pietikainen J., Fritze H. Microbial biomass and activity in the humus layer following burning: short-term effects of two different fires // Can. J. Forest Research. 1993. V. 23. P. 1275-1285.

3. Скрипникова Е.В., Скрипникова М.К. Особенности развития микробиоты почв после воздействия пирогенного фактора // Вестник Томского государственного университета. 2013. Т. 18. № 3. С. 905-909.

4. Безкоровайная И.Н. Пирогенная трансформация почв сосняков Средней тайги Красноярского края / И.Н. Без-

коровайная, Г.А. Иванова, П.А. Тарасов, Н.Д. Сорокин, А.В. Богородская, В.А. Иванов, С.Г. Конард, Д.Дж. Макрае // Сибирский экологический журнал. 2005. Т. 12. № 1. С. 143-152.

5. Анилова Л.В., Шорина Т.С., Пятина Е.В. К вопросу о влиянии пирогенного фактора на растительный покров степей Оренбургского Предуралья // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12 (131). С. 19-20.

6. Фахрутдинов А.И., Ямпольская Т.Д. Динамика микробных и биохимических показателей пирогенных почв Ханты-Мансийского автономного округа // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16. № 1 (4). С. 1118-1123.

Экологические и социально-экономические функции степных ландшафтов*

В.П. Петрищев, д.г.н., П.А. Косых, аспирант, С.Ю. Но-рейка, аспирант, Р.В. Ряхов, аспирант, ФГБУН Институт степи УрО РАН

Степи во всём мире относятся к числу наиболее нарушенных и наименее охраняемых экосистем. В последнее десятилетие их угрожающее положение привлекает всё большее внимание - прежде всего на уровне международных институтов и организаций, например таких, как проект ПРООН/ГЭФ. Ни в одной другой ландшафтной зоне Евразии нет такой высокой доли сельхозугодий и пашни (40-50%) в земельном балансе территорий [1]. При этом в России достаточно слабы функциональные возможности государственного мониторинга сельскохозяйственного землепользования, в то время как на уровне отдельных регионов представлены ландшафтно-адаптивные технологии земледелия [2, 3].

На долю степных регионов приходится менее 10% площади территории страны и четверть её населения [2]. В пределах степной зоны размещается 28 субъектов Российской Федерации, охватывая 608 муниципальных районов и городских округов. К степным регионам необходимо отнести территории, где присутствуют зональные степные ПТК и ПТК с компонентами, обладающими свойствами степных ПТК, понимаемые нами в широком смысле, включая и лесостепные, и полупустынные (пустынностепные ландшафты), с разной степенью пространственной неоднородности, самоорганизации и антропогенной фрагментации [3]. Степь чаще всего рассматривается исследователями как пририодное образование, соответствующее зональным географическим факторам дифференциации. Цель данной работы - показать, что степное пространство - нечто большее, чем просто ландшафтное образование, что степь консолидирует историко-культурные традиции евразийства, имеет

в настоящее время генетическую и географическую самостоятельность.

Среди ведущих тенденций развития степной зоны России следует выделить:

- доминирующее внимание государственной власти (причём как в России, так и в Казахстане) к развитию промышленности и добывающего сектора экономики, прерываемого вспышками внимания в форме государственных программ к агрохозяйственому сектору (2009-2011 гг. в Казахстане, 2004-2007 гг. в России);

- трансформирование системы сельского расселения за счёт поляризации (укрупнения административных центров и резкого повышения их градостроительных перспектив), деградация и исчезновение сельских населённых малых СНП (с населением менее 200 чел.), формирование безлюдных кластеров, представляющих природоохранную ценность и в перспективе используемых для развития крупных КФХ;

- примитивизация структуры сельскохозяйственного производства в результате снижения интенсивности форм его ведения, сезонная форма обработки пашни, резкое снижение использования удобрений, осуществления севооборотов и высших форм сельскохозяйственного производства - агромелиоративного ландшафно-адаптивного земледелия;

- широкое развитие аренды сельскохозяйственных угодий, особенно паевого фонда.

Вопросы рационального природопользования в России приобретают новое значение как на фоне внешних геополитических вызовов, так и внутренних экологических и трансграничных рисков и социально-экономических проблем. Трансграничный характер степной зоны и масштабная трансформация её ландшафтов под воздействием природных и антропогенных факторов создают условия для оптимизации природопользования как

* Работа выполнена в рамках государственного задания «Степи России: ландшафтно-экологические основы устойчивого развития, обоснование природоподобных технологий в условиях природных и антропогенных изменений окружающей среды»