Запасы гумуса и микробиота целинных и освоенных почв бугристо-западинных ландшафтов Южного Предбайкалья

но 1,0; 1,0; 50; 20 ПДК. Источником загрязнения свинцом также являются несанкционированные свалки. По неполным данным, общая площадь с содержанием свинца выше ПДК составила 225 тыс. га.

Таким образом, на 01.01.2009 года площади сельскохозяйственных угодий с концентрацией валовых форм ТМ в почвах выше ПДК составили по кадмию - 2,0, никелю - 2,4, цинку - 2,7, свинцу - 225,0 тыс. га. Выращивание экологически чистой продукции в Республике Тыва возможно только при дифференцированном подходе к выбору сельскохозяйственных участков.

Заключение

Содержание микроэлементов ТМ на обследованных площадях пашни ниже ПДК, валовые формы выше нормы на площади 232,1 тыс. га. При санитарно-гигиенической оценке почв средневзвешенные показатели завышают качественное состояние сельскохозяйственных угодий, нивелируя аномалии площадей с концентрацией выше ПДК. Площади сельскохозяйственных угодий республики с превышением ПДК валовых норм в почве составили по кадмию - 2,0, никелю - 2,4, цинку - 2,7, свинцу - 225,0 тыс. га.

Литература

1. Биогеоценозы Убсунурской котловины / Л.К. Аракчаа [и др.] // Эксперимент «Убсу-Нур». Ч.1. - М.: Интеллект, 1995. - С. 279-320.

2. Панин М.С., Нурекенова А.Н. Цинк в растительности поймы реки Иртыш // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: сб.докл. 1-й Междунар. науч.-практ. конф. (9-11 фев. 2002 г.). - Семипалатинск, 2002. - С. 174-186.

3. Пашнева Т.Л., Андрейчик М.Ф. Тяжелые металлы в почве и растениеводческой продукции Республики Тыва // Наука сельскохозяйственного факультета Тывинского государственного университета: мат-лы науч.-практ. конф. (20-22 нояб. 2001 г., г. Кызыл). - Кызыл: Изд-во ТывГУ, 2003. - С. 171-176.

4. Прохорова Н.В., Матвеев Н.М., Павловский В.А. Тяжелые металлы в почвах. - Самара: Изд-во Самар. гос. ун-та, 1998. - 131 с.

'--------♦-----------

УДК 631.43:579(571.53) А.А. Козлова, А.П. Макарова

ЗАПАСЫ ГУМУСА И МИКРОБИОТА ЦЕЛИННЫХ И ОСВОЕННЫХ ПОЧВ БУГРИСТО-ЗАПАДИННЫХ

ЛАНДШАФТОВ ЮЖНОГО ПРЕДБАЙКАЛЬЯ

В статье приведены результаты исследования запасов гумуса и микробиоты дерновых лесных почв и черноземов Иркутско-Черемховской равнины и Предбайкальской впадины, находящихся в условиях степи и подтайги в естественном и освоенном состоянии.

Ключевые слова: бугристо-западинный микрорельеф, почвенная микробиота, деградация почв.

A.A. Kozlova, A.P. Makarova HUMUS DEPOSITS AND MICROBIOTA OF VIRGIN AND DEVELOPED SOILS OF HILLY AND MOUND LANDSCAPES IN THE SOUTHERN PREBAIKALYE

The research results of humus deposits and microbiota of the cespitose forest soils and chernozems of the Irkutsk-Cheremkhovsk plain and the Prebaikal hollow, being in the conditions of steppe and subtaiga in the natural and developed condition are given in the article.

Key words: hilly and mound microrelief, soil microbiota, soil degradation.

Введение

В работе рассматривается территория южной части Предбайкалья - наиболее благоприятной по природным условиям для проживания и хозяйственной деятельности населения, которая находится на юге Восточной Сибири и включает южную часть Иркутско-Черемховской равнины и Предбайкальской впадины, представляющих собой краевые прогибы Сибирской платформы [3].

Климат Южного Предбайкалья отличается резкой континентальностью, предопределяется положением региона в центре Азиатского материка, орографической изоляцией и большим влиянием Сибирского антициклона [3]. Своеобразие внутригодового изменения гидротермических показателей заключается в резком различии (3-10-кратном по показателям атмосферного увлажнения) между сухим и влажным сезонами теплого периода, что обуславливает соответственно заторможенность или активизацию биологического круговорота [10].

Иркутско-Черемховская равнина характеризуется холмисто-увалистым рельефом с высотой междуречий 500-650 м, слабо расчлененным неглубокими долинами. Рыхлые отложения на междуречных пространствах равнины, являющиеся почвообразующими породами, генетически связаны с коренными юрскими породами (песчаниками, алевролитами и конгломератами). В речных долинах и на древних озерных террасах сформировались четвертичные отложения, представленные песками, галечниками, глинами, суглинками, являющимися почвообразующими породами. Для южной части Предбайкальской впадины характерны синклинальные равнины древних речных долин, чередующиеся со слабо выпуклыми междуречьями, достигающими высоты 700 м. Лессовидные суглинки в качестве почвообразующих пород распространены на юге Предбайкальской впадины [3].

Комплекс природных условий Иркутско-Черемховской равнины и южной части Предбайкальской впадины обусловил широкое развитие здесь подтаежных, лесостепных и степных почв [10].

Объекты и методы исследования

Своеобразие палеогеографической обстановки на юге Предбайкалья привело к образованию бугри-сто-западинного микрорельефа, начало формирования которого относят к позднему плейстоцену. Во время похолодания образовались полигональные структуры, разбитые трещинами, которые заполнились жильным льдом. В дальнейшем, при потеплении климата, многолетняя мерзлота деградировала, при вытаивании жильного льда возникли псевдоморфозы, или мерзлотные клинья [5,6].

В настоящее время бугристо-западинный микрорельеф представляет собой чередование бугров и западин округлой и овальной формы. Диаметр бугров составляет около 5-10 м, превышение над западинами достигает от 0,5 до 1,5 м. В местах с мощным чехлом рыхлых отложений диаметр бугров может достигать от 15 до 20 м, а высота от 2 до 3 м.

В условиях бугристо-западинного рельефа многими исследователями отмечается сложность почвенного покрова, обусловленная контрастностью почвенных комбинаций [10,11]. Почвы бугров и почвы западин, образуя небольшие ареалы, чередуются на малых расстояниях и создают комплексный почвенный покров.

При распахивании земель с бугристо-западинным рельефом происходит существенное изменение свойств почв, нивелирование поверхности и усиление неоднородности почвенного покрова. В.П. Паршико-вым [11] процесс выравнивания поверхности на пашне и дифференциация почв с появлением на бугорках светлых малоплодородных горизонтов рассматривается как механическая эрозия, приводящая к снижению урожайности в 2-5 раз. Образовавшийся при этом двучленный комплекс выделяется в качестве самостоятельной группы эрозионно-комплексных земель.

Поэтому знание морфологического строения, дифференциации химических и физических свойств, экологических особенностей развития почв бугристо-западинного рельефа дает представление о самобытности почвенного покрова и почв Южного Предбайкалья.

Объектами исследования стали дерновые лесные почвы и черноземы Иркутско-Черемховской равнины и Предбайкальской впадины, находящиеся в условиях степи и подтайги в естественном и освоенном состоянии. Были заложены четыре пары сопряженных разрезов.

Согласно классификации [7], на целине комплекс подтаежного ландшафта представлен дерновой лесной почвой со вторым гумусовым горизонтом в западине с формулой профиля: Ао-АС-А1-В-[А]1-[Д]2-ВС-С (разрез 3) и дерновой лесной бескарбонатной на бугре, формула профиля: Ао-АС-А1-В1-В2-С (разрез 4). Превышение бугра над западиной составляет 1-1,5 м, его диаметр - около 20 м. Растительность: березняк папоротниково-разнотравный. На пашне, согласно классификации [7], почва в микрозападине представлена дерновой лесной бескарбонатной с формулой профиля: Ап-А-В-ВС (разрез 1). Почва микроповышения (разрез 2) находится в 12 м от разреза 1 на юго-запад, превышение составляет 30-40 см. Формула профиля: Ап-В-Вса-ВСса, почва дерновая лесная остаточно-карбонатная.

По классификации [7] почвенная комбинация степного участка на целине состоит из чернозема выщелоченного мощного многогумусного в западине с формулой профиля: А-[Д] (разрез 7) и чернозема выщело-

ченного маломощного малогумусного на бугре, формула профиля: А-АВ-В-Вса (разрез 8). Западина ниже вершины бугра на 1,0-1,2 м, диаметр бугра около 20 м. Растительность: злаково-разнотравная степь.

Освоенный ландшафт [7] представлен в западине черноземом выщелоченным среднемощным мало-гумусированным (разрез 5) с формулой профиля Ап-А-[А]-В-ВС, карбонаты не обнаружены. Разрез 6 заложен на бугре на расстоянии от разреза 5 около 35 м, залегание карбонатов обнаружено на глубине 55 см. По классификации (1977) почва представлена черноземом выщелоченным маломощным малогумусирован-ным с формулой профиля Ап-А-В-Вса.

Для максимального учета всех факторов почвообразования, формирующих и усложняющих почвенный покров в условиях бугристо-западинного рельефа, был применен сравнительно-экологический подход [14]. Определение общего углерода и расчет запасов гумуса проведено общепринятыми методами [1]. Изучение микробиоты проведено стандартными почвенно-микробиологическими методами [12].

Результаты

Установлено, что наиболее общие различия между почвами бугров и западин состоят в неодинаковой мощности гумусового горизонта и в разном содержании гумуса. Так, глубина гумусового горизонта западины вместе с погребенным в дерновой лесной почве составляет 75 см, в черноземе - 110 см. На бугре мощность органогенных горизонтов значительно меньше и в лесу равна 15 см, в степи вместе с горизонтом АВ - 40 см.

Одной из причин малой мощности гумусового горизонта на буграх, отвечающих плакорным условиям почвообразования, является характер распределения корневой массы, а именно, прижатость ее к поверхности, что, вероятно, обусловлено особенностью термического режима исследуемых почв: более глубокому проникновению корней препятствуют низкие температуры поздно оттаивающего в весенне-летний период почвогрунта.

Не менее важной причиной малой мощности гумусового горизонта, особенно чернозема на бугре, является различная интенсивность биохимических процессов в условиях резкой континентальности климата региона. В весеннее время они замедлены и усиливаются лишь к середине лета. Наиболее интенсивная микробиологическая деятельность наблюдается лишь в июле-августе, когда максимум осадков совпадает с максимальным прогреванием почвы [4].

Поскольку мощность гумусового профиля исследуемых целинных дерновых лесных почв и черноземов на буграх небольшая, то их распашка, а затем и смыв ведет к заметной потере в них органического вещества и уменьшению мощности гумусового горизонта. В понижениях на пашне под пахотным горизонтом сохраняются остатки погребенного гумусового горизонта, однако мощность его также гораздо меньше, чем в целинных почвах.

Распределение запасов гумуса в почвах бугров и западины имеет существенное различие. Так, запасы гумуса в верхнем 0-20 см слое дерновой лесной почвы максимальны в гумусовом горизонте целинной почвы западины и достигают 244 т/га, на бугре их количество значительно меньше и составляет всего 150 т/га. При сравнении запасов гумуса в слое 0-60, 0-100 см видно явное их превышение в западинах по сравнению с буграми, причем в слое 0-60 см это превышение составляет примерно в 2 раза, в слое 0-100 см - в 1,5 раза (табл. 1).

Таблица 1

Запасы гумуса в дерновых лесных почвах и в выщелоченных черноземах, т/га

Разрез Угодье, элемент микрорельефа Глубина, см

0-20 0-60 0-100

Дерновые лесные почвы

1 Пашня, западина 64 142 184

2 Пашня, бугор 60 92 134

3 Целина,западина 244 397 464

4 Целина, бугор 150 200 246

Выщелоченные черноземы

5 Пашня, западина 126 431 531

6 Пашня, бугор 137 362 414

7 Целина,западина 127 486 874

8 Целина, бугор 142 338 437

В черноземах гумусовые горизонты бугра и западины имеют примерно одинаковые запасы (130-150 т/га). Однако в слое 0-60 см запасы гумуса в западине начинают превышать их на бугре в 1,5 раза, а в слое 0-100 см -почти в 2, это отражается на неоднородном состоянии посевов [8-10].

При распахивании в результате плоскостной эрозии происходит смыв наиболее тонкодисперсной гу-мусированной части, поэтому наблюдается значительное снижение запасов гумуса в пахотных горизонтах дерновых лесных почв - в 3,8 раза в западине и 2,5 раза на бугре по сравнению с целиной. С глубиной эти различия еще более усиливаются. При распашке чернозема уменьшение запасов гумуса в пахотном горизонте менее заметно, чем в дерновых лесных почвах. Однако в метровом слое почвы западины запасов гумуса в 1,5 раза снижены по сравнению с целиной. На бугре их уменьшение менее заметно, что связано с изначально большей мощностью гумусовых горизонтов в целинных черноземах, чем в дерновых лесных почвах.

Микробиологические исследования органогенных горизонтов дерновых лесных почв и черноземов Южного Предбайкалья на целине и пашне, развитых в условиях бугристо-западинного микрорельефа, выявили ряд особенностей (табл. 2).

Таблица2

Количественный состав микробных сообществ

Разрез, угодье, микрорельеф Горизонт, глубина, см Бактерии аммонии- фикаторы Актиноми- цеты Олигонит- рофилы Микромице- ты Денитри- фика торы Нитрифи- каторы

тыс. колоний образующих единиц (КОЕ/г) Титр

Дерновые лесные почвы

1. Пашня, западина Ап 0-25 60 8,0 250 7,9 0,00001 0,1

2. Пашня, бугор Ап 0-25 300 34 700 5,8 0,000001 0,1

3. Целина, западина А 6-14 190 5,0 400 9,2 0,00001 0,1

В 14-27 66 н/о* 80 3,0 0,001 0,1

[А]і 27-54 80 н/о 23 2,0 0,001 н/о

[А]2 54-75 64 н/о 65 1,8 0,0001 н/о

4. Целина, бугор А 5-10 800 23 680 4,2 0,000001 0,01

Выщелоченные черноземы

5. Пашня, западина Ап 0-25 304 260 1000 4,9 0,001 0,1

6. Пашня, бугор Ап 0-25 5900 500 1200 6,6 0,01 0,01

7. Целина, западина А 0-30 320 120 1700 9,1 0,0001 0,1

[А] 130-108 240 10 45 18,0 0,01 н/о

8. Целина, бугор А 0-15 1600 90 870 4,6 0,0001 0,01

АВ 15-40 980 9,0 370 0,2 0,01 0,1

В 40-75 600 4,6 120 0,09 0,000001 н/о

Примечание: н/о - не обнаружено.

Так, численность копиотрофов (быстрорастущих бактерий за счет активной утилизации органических веществ) в гумусовых горизонтах дерновых лесных почв на бугре составляет 800 тыс. КОЕ/г (колониеобразующих единиц на 1 г почвы). В западине, при больших запасах гумуса, их количество не превышает 190 тыс. КОЕ/г. В черноземе общая численность аммонификаторов намного выше, чем в дерновой лесной почве, при этом закономерность в отношении повышений и понижений сохраняется, что связано с особенностями температурного и воздушного режима почв микрорельефа. Общее количество бактерий, минерализующих органику, в гумусовом горизонте чернозема на бугре составляет 1600 тыс. КОЕ/г, в западине - 320 тыс. КОЕ/г. Погребенные гумусовые горизонты, как дерновых лесных почв, так и черноземов, характеризуются низким содержанием аммонификаторов.

Количество актиномицетов, характеризующих глубину процессов минерализации органики, в черноземах на порядок выше, чем в дерновых лесных почвах, что объясняется эколого-трофическими условиями среды обитания. При этом в черноземе, в отличие от дерновой лесной почвы, численность актиномицетов в меньшей степени зависит от рельефа местности. В погребенных горизонтах обоих типов почв актиномицеты вообще не обнаружены или присутствуют (в черноземе) незначительно.

Грибов-гидролитиков, гидролизующих сложные полимеры, максимальное количество обнаружено в гумусовых горизонтах исследуемых почв. С глубиной на буграх их численность резко снижается, а в западинах, особенно занятых черноземом, наоборот, увеличивается.

Максимальное количество олигонитрофилов (растут в безазотистом питательном субстрате) в дерновой лесной почве обнаружено на бугре. В черноземе подобной зависимости от рельефа не просматривается. Однако общей закономерностью для обоих типов целинных почв является очень низкая численность олигонитрофилов в погребенных горизонтах, а также полное отсутствие здесь нитрификаторов. В то же время денитрификаторы, как факультативно-анаэробные, так и строгие анаэробы, присутствуют в значительных количествах во всех горизонтах исследуемых почв независимо от микрорельефа. При этом их титр в органогенных горизонтах дерновой лесной почвы значительно выше, чем в черноземе (титр - это наименьшее количество почвы, в котором обнаружены бактерии, в данном случае денитрификаторы). Отношение количества олигонитрофилов к денитрификаторам характеризует соотношение процессов создания-разложения азотсодержащих органических веществ.

Установлено, что в дерновых лесных почвах основную долю в составе прокариотных сообществ составляют неспорообразующие бактерии. Содержание спорообразующих форм бактерий, обладающих более мощным ферментативным аппаратом и разлагающих трудномобилизуемые вещества, выше в черноземах. О более глубоком и интенсивном превращении органического вещества в черноземе свидетельствует также высокая численность актиномицетов.

В целом, более оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов большинства эколо-го-трофических групп создаются на буграх соответствующего типа почвы. Это связано с лучшей прогреваемостью почв выпуклых форм микрорельефа. В то же время высокая численность микромицетов-гидролитиков отмечена в понижениях с высоким содержанием гумуса и увлажнением.

Однако при воздействии даже такого мощного антропогенного фактора, как вспашка в дерновой лесной почве не прослеживается резкого изменения количественной структуры микробиоты. Поскольку формирование дерновых лесных почв идет под пологом разнотравного леса, почвообразовательные процессы здесь протекают более сглаженно, при этом различия между почвами бугров и западин по микробиологическим показателям сохраняются. При распахивании чернозема наблюдается значительное возрастание численности микроорганизмов всех эколого-трофических групп, особенно аммонифицирующих бактерий, с сохранением преимущественного развития микробиоты на буграх. По мнению ряда авторов [2,13], активное разложение органики в свежевспаханных черноземах со временем приводит к снижению трофических резервов в старопахотных почвах и затуханию микробиологических и биохимических процессов, а следовательно, к снижению почвенного плодородия.

Выводы

1. Влияние бугристо-западинного микрорельефа отражается в различии морфологического строения почв бугров и западин, и, прежде всего, в мощности гумусовых горизонтов, а также запасах гумуса.

2. Распахивание усиливает гетерогенность почвенного покрова, ухудшает агрономические свойства почв, происходит значительное снижение запасов гумуса в пахотных горизонтах.

3. Установлено, что наиболее оптимальные условия для жизнедеятельности прокариотных микроорганизмов создаются в целинных почвах бугров, а наиболее высокая численность эукариотных микромицетов отмечается в почвах западин на целине.

4. Распаханный чернозем характеризуется возрастанием количественных показателей всех экологотрофических групп микроорганизмов и, особенно, аммонифицирующих бактерий, что указывает на недавнее его освоение, сопровождающееся всплеском деятельности микробиоты.

5. В дерновой лесной почве не прослеживается резкого изменения количественной структуры микробиоты даже под воздействием такого мощного антропогенного фактора, как вспашка. Однако различия по микробиологическим показателям между почвами бугров и западин сохраняются, как на целине, так и на пашне.

Литература

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

2. Артамонова В.С. Микробиологические особенности антропогенно-преобразованных почв Западной Сибири. - Новосибирск, 2002.

3. Атлас Иркутской области. - М.-Иркутск: ГУГК, 1962. - 182 с.

4. Белых А.Г. Пищевой режим черноземов Приангарья // Почвы юга Средней Сибири. - Иркутск, 1988. -

С. 83-94.

5. Величко А.А. Природный процесс в плейстоцене. - М.: Наука, 1973. - 256 с.

6. Воробьева Г.А. Значение позднеплейстоценовых отложений и процессов для современного почвенно-

го покрова юга Восточной Сибири // Почвы территорий нового освоения, их режимы и рациональное использование. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии СО АН СССР, 1980. - С. 13-17.

7. Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос, 1977. - 223 с.

8. Колесниченко В.Т. Плодородие подтаежных почв Средней Сибири и эффективность удобрений // Ин-форм. бюл. СИФИБР. - Иркутск, 1971. - Вып. 9. - С. 66-68.

9. Крупкин П.И., Крупкина Э.И. Микропестрота почвенного покрова и урожай в лесостепи центральной Сибири // Почвоведение. - 1971. - № 3. - С. 3-14.

10. Кузьмин В.А. Почвы Предбайкалья и Северного Забайкалья. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - 175 с.

11. Паршиков В.П. Особенности методики изучения эрозионно-комплексных земель Приангарья // К вопросу изучения системы земледелия. - Иркутск, 1972. - С. 30-35.

12. Практикум по микробиологии / под. ред. А.И. Нетрусова. - М.: Академия, 2005.

13. Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Структура микробной биомассы в пахотных почвах // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем: мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. - Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2006.

14. Соколов И.А. Некоторые теоретические итоги и проблемы изучения почв Восточной Сибири и Дальнего Востока // Почвоведение. - 1991. - №5. - С. 131-145.

'--------♦-----------