Введение
Практическое обучение проходило в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской академии наук (РАН).
История основания Института физико-химических и биологических проблем почвоведения. В г. Пущино в 1970 г. Академией Наук СССР был организован Институт агрохимии и почвоведения, цель которого была связана с развитием исследований почв и их функций в биосфере. В 1982 г. Институт агрохимии и почвоведения был объединён с Институтом фотосинтеза в Институт почвоведения и фотосинтеза (ИПФС), а в 1999 г. Институт почвоведения был воссоздан как Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения (ИФХиБПП РАН). В настоящее время в структуру Института входят следующие исследовательские лаборатории: археологического почвоведения; геохимии и минералогии; криологии; физико-химии; экологии почв; моделирования экосистем, а также группа генезиса эволюции почв. Н а базе института работают учебно научный центр и аспирантура РАН. В Институте работают 1 член-корреспондент РАН, 19 докторов и более 50 кандидатов наук.
Направление исследований: физико-химические и биологические процессы почвообразования, пространственно-временная организация почв.
Основные задачи:
. Физико-химические и биологические процессы почвообразования и трансформации природных и экзогенных химических веществ в почвах и экосистемах.
. Роль почвы в биогеохимических циклах биофильных, литофильных и техногенных элементов.
. Значение криосферы в глобальном круговороте вещества и энергии и консервации генетических ресурсов.
. Пространственно-временная организация и функционирование почв в биосфере как основа устойчивого развития.
. Математическое моделирование почвенных процессов и экосистем.
Практика проходила в лаборатории Почвенных циклов азота и углерода ИФХиБПП РАН, руководитель чл.-корр. РАН Валерий. Николаевич. Кудеяров.
Научная работа выполнялась под руководством г.н.с. д.б.н. Ананьевой Надежды Дмитриевны.
Тематика научных исследований
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Научные проблемы, решаемые Лабораторией в течении последних 20 — 30 лет, чрезвычайно актуальны в контексте усилий международного сообщества по смягчению глобальных изменений окружающей среды и климата путём контролирования и уменьшения антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу Земли. Эмиссия парниковых газов из почвы, в особенности СО2 и N2O, тесно связана с интенсивностью процессов азотного цикла, стабилизацией почвенного органического вещества, активностью микробного сообщества, размером пула микробной биомассы и структурой микробного сообщества, доступностью С и N субстратов, активностью корневых систем растений в связи с оптимизацией их азотного питания, воздействием естественных и антропогенных нарушений на баланс С в наземных экосистемах. Все эти научные проблемы были предметом систематических исследований в Лаборатории. Интегрирующая процессов углеродного и азотного циклов в почве выражается в эмиссии парниковых газов с почвенной поверхности, поэтому сотрудники лаборатории проводят также и обширные исследования по изучению почвенного дыхания; оценке вклада в него корневого, ризосферного и микробного компонентов; изменений основных составляющих баланса углерода при повышающейся концентрации углекислоты в атмосфере; количественной оценке источников и стоков парниковых газов как в региональном, так и в глобальном масштабе. Кроме того, разрабатываются концептуальные и математические модели циклов азота и углерода в почве.
С 2006 г. в лаборатории представлены экологоагрохимические исследования повышения продуктивности агроценозов, выполняемые под руководством д.б.н. В.И. Никитишена.
Задачи Лаборатории:
. Определение интенсивности процессов азотного цикла в зависимости от соотношения Сорг / Nмин. в почве, а также эмиссии N2O с почвенной поверхности как результирующей этих процессов
. Установление размеров затравочного эффекта ризодепозитов и органического углерода удобрений в отношении минерализации гумусовых веществ почвы.
. Определение скорости оборачиваемости микробной биомассы в почве и ризосфере в зависимости от доступного С и N субстратов.
. Разработка математических моделей, описывающих динамику доступного углерода и микробной биомассы в почве и направленность процессов внутрипочвенного азотного цикла.
. Исследования многолетней динамики эмиссии СО2 из почв культурных и естественных экосистем, включая детальное изучение скорости продуцирования углекислого газа при контрастной смене температурно-влажностных условий.
. Определение вклада корневых систем растений, ризосферных и почвенных микроорганизмов в дыхание почвы.
. Определение скоростей обновления и механизмов стабилизации почвенного органического вещества в зависимости от типа почвы.
. Разработка эколого — агрохимических основ повышения продуктивности агроценозов.
Физико-химические и биологические процессы почвообразования
Почва — уникальная полидисперсная многокомпонентная система, выполняющая экологические, социальные и экономические функции. В последние десятилетия на смену одностороннему восприятию почвы как сельскохозяйственного ресурса пришло понимание ее роли в окружающей среде. За последнее столетие происходит трансформация почвенного покрова за счет антропогенного воздействия (вырубка лесов, выпас скота, распашка земель, загрязнение и постоянно растущая площадь городских территорий). Интерес к оценке и сохранению почвенных ресурсов стимулируется обеспокоенностью их истощения и сокращения.
Литературные сведения в большинстве своем показывают, что интенсивное землепользование, распашка и внесение удобрений приводят к нарушению равновесного функционирования почвенных экосистем и уменьшению грибной биомассы. В то же время, почвы лесных, залежных и восстанавливающихся экосистем, неподверженных антропогенной нагрузке, сохраняют естественное плодородие, физическую структуру, накапливают и закрепляют больше органического вещества, в том числе и в микробной биомассы, основную долю которой составляют микроскопические грибы.
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Во второй половине 20 века была распахана значительная часть территории России. Современные сельскохозяйственные земли мира потеряли с конца 19 века 2.5-6 кг С / м2 (Bolin, 1977). Вовлечение почвенного покрова в сельскохозяйственное использование при непрерывной интенсификации сельского хозяйства оказывает большое влияние на свойства практически всех типов почв, изменяя их химический состав, физическую структуру, содержание и качественный состав гумуса. Этим обусловлены значительные нарушения в функционировании почвы как природного тела, в формировании и активности ее живой фазы, в первую очередь микроорганизмов, которые являются исключительно чуткими индикаторами изменений, происходящих в окружающей среде.
Некоторыми авторами показано, что сельскохозяйственное использование почв приводит к уменьшению грибной биомассы по сравнению с естественными аналогами. Этот факт был объяснен физическим разрушением мицелия микроскопических грибов вследствие распашки почвы, отрицательного действия удобрений на их колонизацию на корнях растений и обедненности подстилочного слоя лигнином и целлюлозой, которые являются основой для развития сапротрофных базидиомицетов. Показано также, что бактериальные сообщества почвы, напротив, менее подвержены влиянию сельскохозяйственного использования. Выявлено, что содержание грибной биомассы в почве нарушенных экосистем снижалось, однако грибная биомасса является преимущественно преобладающей над бактериальной и в пахотных почвах.
Живая часть почвы состоит преимущественно из микробного компонента, который чутко реагирует на разнообразные антропогенные воздействия. Микробная биомасса почвы составляет около 85% таковой всех почвенных организмов и привносит около 90% всего потока CO2 суши в атмосферу. Среди газообразных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов выделяют двуокись углерода (СО2), метан (СH4) и разнообразные окислы азота (NХO). Особое внимание в последние десятилетия приковано к этим газообразным продуктам, поступающим из почвы в атмосферу, в связи с их большой ролью в глобальном изменении климата. Так вклад СО2 в изменение климата, по оценке ведущих экспертов, составляет около 45-50%, а N2O — всего6%, однак5о он обладает большим экранирующим эффектом (разрушение озонового слоя атмосферы) и долгим «пребыванием» (160 лет) в атмосфере (IPCC, 2001).
Одним из важных факторов потепления климата на Земле в настоящее время принято считать увеличивающуюся концентрацию в атмосфере парниковых газов. В течение последних 250 лет концентрация CO2, CH4 и N2O в атмосфере увеличилась на 30, 145 и 15% соответственно Увеличение концентрации в атмосфере некоторых других газов несет угрозу человечеству в связи с глобальным изменением климата (потепление) и окружающей среды. Вклад диоксида углерода (СО2) в изменение климата, в том числе и его концентрация в атмосфере, весьма велики по сравнению с другими парниковыми газами. Почва участвует в балансе СО2, связывая его в различные формы или, наоборот, способствуя его высвобождению в атмосферу. Этот газ образуется в почве за счет разложения поступающих в почву растительных остатков. Основными источниками СО2 в почве считают деятельность почвенных микроорганизмов и дыхание корней. «Чистый» почвенный источник СО2 более чем на 95% состоит из «микробного дыхания» (преимущественно микроскопические грибы и бактерии). На дыхание почвенных животных, прежде всего дождевых червей, приходится не более 5%. Природные источники, обеспечивающие 96% годового потока углерода СО2, состоят из дыхания наземной растительности (24%), дыхания почвы (30%), эмиссии с поверхности океана (41%) и вулканической деятельности — <1%. В качестве источника СО2 антропогенная деятельность вносит не столь существенную долю (4%) по сравнению с природной, но последствия такого влияния на потоки углерода в экосистемах могут быть значительными.
Состояние микробного пула почвы, в первую очередь биомасса и дыхание, является ключевым фактором ее экологических функций, определяющих газообмен с атмосферой и круговорот элементов питания. Живая часть органического углерода почвы — микробная биомасса — является более чувствительной к различным воздействиям и нарушениям, чем органическое вещество в целом. Микробная биомасса — ценный показатель для многих экологических исследований и мониторинговых программ для разных регионов и масштабов. Поэтому изучение функционирования микробного сообщества почв естественных и антропогенно-преобразованных экосистем представляется актуальной научной задачей.
Методы определения микробной биомассы почвы
Традиционными методами определения содержания микробной биомассы почвы являются высев на агаризованные среды и прямая микроскопия. Эти методы имеют преимущество, связанное с возможностью дифференцировать клетки различных групп микроорганизмов. Однако ограничения этого метода заключаются в ненадежности дифференциации клеток на живые и мертвые, ошибочном учете почвенных частиц как микроорганизмов, условности выбора коэффициентов пересчета от числа клеток к их биомассе, что, в свою очередь и определяет некоторую условность полученных данных об общей биомассе почвенных микроорганизмов.
За последние десятилетия были разработаны экспрессные оценки содержания микробной биомассы почвы, которые основаны на физиологических, биохимических и химических методах. Они включают методы фумигации-инкубации (ФИ), фумигации-экстракции (ФЕ) и субстрат-индуцированного дыхания (СИД), а также анализ аденозин трифосфата (АТФ) и определение содержания ДНК в почве.
Для определения содержания углерода микробной биомассы почвы (Смик) широко используют метод СИД, отражающий, в определенной степени, и физиологическое состояние почвенных микроорганизмов. Метод получил название субстрат-индуцированного дыхания, поскольку был основан на измерении начальной максимальной скорости дыхания микроорганизмов, индуцированного внесением в почву легкоокисляемого и универсально доступного субстрата. В качестве такого субстрата была выбрана глюкоза — основной мономер целлюлозы, доля которой в растительном опаде составляет почти 70-80%. Окисление и соокисление глюкозы микроорганизмами почвы in situ за время, в течение которого не происходит роста и размножения клеток (несколько часов), положено в основу определения содержания углерода микробной биомассы почвы. Метод СИД позволяет определить метаболически активный компонент микробного сообщества по интенсивности дыхания почвы (образование СО2), обогащенной глюкозой. При этом предполагается, что дыхательный отклик пропорционален суммарной микробной биомассе почвы. Оценивая реалистичность допущений этого метода, необходимо принять во внимание, что микроорганизмы окисляют глюкозу до СО2 или соокисляют ее наряду с потреблением множества других почвенных органических соединений. Следует отметить также, что способность увеличивать скорость образования СО2 на внесение глюкозы характеризуются практически все аэробные и большинство факультативно-анаэробных хемоорганотрофных микроорганизмов, включая все эукариотные и подавляющее большинство бактерий. Набор микроорганизмов, не учитываемых физиологическим методом, может включать лишь некоторые облигатно-анаэробные, метилотрофные и хемолитотрофные бактерии. Однако, во-первых, доля последних ничтожно мала в суммарной биомассе почв, например автоморфных, и во-вторых, для их специального учета может быть использована соответствующая модификация метода СИД.
Характеристика чернозёма
Объектом нашего исследования была почва — чернозём типичный (Курская обл), расположенные в степной зоне. Русские черноземные степи по характеру климата, рельефу местности, растительности и животным, а отчасти также по грунтам и почвам, составляют неразрывную часть того великого степного пояса, который почти сплошь опоясывает все северное полушарие.
Плодородный черноземный слой почвы метровой толщины природа создавала в течение тысячелетий в степях с определенным гидротермическим режимом. Большое содержание перегноя придает ему темную окраску. Именно под влиянием растительности луговых (северных) степей сформировались почвы, входящие в Центрально-Черноземным заповедник имени Алехина.
Профиль черноземов имеет следующее морфологическое строение (горизонты): Ад — степной войлок (мощность до 5 см), состоящий из корней и переплетенных стеблей трав (целина), в пахотных почвах- он отсутствует; А — гумусово-аккумулятивный горизонт (мощность ≥40-130 см ), темно-серого или черного цвета, зернистый или зернисто-комковатый, с бусами на корнях растений; АВ — переходный темно-серый гумусовый, зернисто-комковатый по структуре, с заметным побурением внизу горизонта или с темно-бурыми пятнами; В — горизонт гумусовых затеков (мощность 40-80 см), буровато-серый, комковатый, часто подразделяется (структура и степень гумусированност) на подгоризонты (В1, В2, В3), в них присутствуют карбонаты кальция (псевдомицелий, журавчики, белоглазки, за исключением сильновыщелоченных и оподзоленных черноземов); ВСК — иллювиально-карбонатный.
Черноземы типичные образуются под разнотравно-злаковой растительностью на лёссах, лёссовидных и покровных суглинках. Они характеризуются большой мощностью гумусового слоя — от 50 до 70 см (холодная климатическая фация) и до 100-190 см (теплая), присутствием карбонатов в форме мицелия, известковых трубочек в горизонте АВ. Чаще карбонаты наблюдаются с глубины 60-70 см. Горизонт А мощностью до 130 см, черный или серовато-черный, зернистый, а АВ — темно-серый с едва заметным буроватым оттенком, часто с более темными затеками. Ниже АВ залегает серовато-бурый уплотненный иллювиально-карбонатный горизонт Вк с языками и затеками гумуса, комковато-призматической структуры, с карбонатами преимущественно в виде мицелия, выцветов, журавчиков. Этот горизонт постепенно переходит в горизонт ВСК — палево-бурый, переходный к породе, со значительным количеством карбонатных прожилок и журавчиков, Ск — карбонатная, почвообразующая порода палевого цвета. Гипс и легкорастворимые соли отсутствуют во всем профиле почв. В почвах много кротовин. В. В. Докучаев назвал черноземы «царем почв» в связи с их высоким плодородием <#»869041.files/image001.jpg»>
Рис. 1. Карта-схема Стрелецкого участка
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Рис. 2. Стрелецкая степь
биомасса микробный почва чернозем
С 16 века заповедными степями владели стрельцы, охраняющие рубежи русского государства в крепости Курск и получившие эти земли за верную сторожевую службу. Стрелецкая степь располагается на плакоре, с северной стороны граница проходит по Петрину логу, склоны занимают 14%. На участке преобладают целинные типичные черноземы, лишь в Стрелецкой степи можно встретить почвы с метровой толщей плодородного гумусового слоя.
Стрелецкая степь, является красочной разнотравной степью с широколистными злаками, настоящей лабораторией под открытым небом. На сравнительно небольшой территории произрастает 860 видов различных трав, кустарников и деревьев! Обитает 7 видов растений, занесенных в Красную книгу РФ (пион тонколистный, касатик безлистный, рябчики русский и шахматный, ковыли перистый, опушеннолистный и красивейший). На одном квадратном метре — до 87 видов растений. Охранная зона Стрелецкого участка составляет 9409 га (Рис. 3-6).
Такая высокая видовая насыщенность редко встречается в центральных областях России.
В.В. Алехин назвал Стрелецкую и Казацкую степи «Курской ботанической аномалией». Всё это богатство характерно только для косимой степи (покос — это имитация «скусывания» трав дикими копытными животными, которых к настоящему времени не осталось). Имеются и другие режимы заповедания: пастбищный, где выпасается домашний крупно-рогатый скот; некосимый, который в наших условиях зарастает древесно-кустарниковой растительностью и пирогенный, когда участок степи выжигается.
<#»869041.files/image004.jpg»>
Рис 4. Район отбора почвенных образцов
Среднегодовая температура воздуха изученной территории составляет +4.6 — 6.1°С, а осадки 475 — 640 мм.
Для исследования были взяты 2 экосистемы: некосимая степь Стрелецкого участка заповедника им. Алёхина и пашня, близ д. Кривцово, 60 км от заповедника. Характеристика объектов исследования приведена в табл. 1, некоторые химические свойства чернозема приведены в табл. 2.
Рис. 5. Общий вид некосимой степи
Рис. 6. Общий вид пашни
Таблица 1. Характеристика объекта исследования
Табл. 2. Химические свойства чернозема типичного (Курская обл.) разных экосистем (верхний 10 см минеральный слой; среднее значение ± стандартное отклонение)
Отбор почвенных образцов
В каждой экосистеме выбирали случайным образом три пространственно-удаленные точки, из которых отбирали почвенные образцы. Отбор (май 2014 г.) осуществляли почвенным буром из пяти точек (метод «конверта») ровной площадки 10×10 0-10; 10-20; 20-30; 30-40 è 40-50 ñì (всего 30 образцов). Образцы из каждой упомянутой глубины усредняли для каждой экосистемы и функциональной зоны. В естественной экосистеме растительную подстилку в образец не включали. Образцы почв естественной влажности хранили (8-10ºС) с воздухообменом не более 2-х месяцев.
Предынкубация
До начала анализов образец почвы просеивали через сито с диаметром ячеек 2 мм и предынкубировали (22С, 7 сут, 60% полной влагоемкости). Всего отобрано 30 образцов
Метод субстрат-индуцированного дыхания (СИД) основан на измерении первоначального максимального выделения СО2 из почвы, обогащенной глюкозой за период не более 6-ти часов (Anderson, Domsch, 1978; Ананьева и др., 2011). За это время происходит окисление или соокисление глюкозы и исключается размножение клеток с её участием (Мирчинк, Паников, 1985). Метод СИД предполагает соблюдение условий, связанных, прежде всего, с количеством внесенной в почву глюкозы, температурой предынкубации (до внесения глюкозы) и инкубации (после внесения глюкозы) почвенного образца. Концентрация глюкозы, обеспечивающая наибольший первоначальный отклик почвенного микробного сообщества в виде образовавшегося СО2, определяется экспериментально для каждого типа почвы и составляет, в основном, от 1 до 20 мг глюкозы г-1 почвы (Sparling, Williams, 1986; Priha, Smolander, 1994; Lin, Brookes, 1999 a). Метод не предполагает применения очень низких (недостаточное количество для всех микроорганизмов почвы) и очень высоких (возможно токсическое влияние) концентраций глюкозы. Навеску почвы (1 г) помещали во флакон (объем 15 мл), добавляли раствор глюкозы (0.1 мл г-1 почвы), результирующая концентрация которой составляла 10 мг г-1, герметично закрывали и фиксировали время. Обогащенный глюкозой образец почвы инкубировали (3-5 ч, 22ºС), затем отбирали шприцем пробу газовой фазы из флакона (около 0.5 мл). Пробу вводили в газовый хроматограф (Кристаллюкс 4000М, детектор по теплопроводности) и регистрировали в ней концентрацию СО2. Время отбора газовой пробы также фиксировали. Скорость СИД выражали в мкл CО2 г-1 почвы ч-1.
Углерод микробной биомассы (Смик) почвы определяли согласно формуле:
Смик (мкг С г-1 почвы) = СИД (мкл СО2 г-1 почвы ч-1) × 40.04 + 0.37 (Anderson, Domsch, 1978).
Базальное дыхание (БД) определяли по скорости выделения СО2 почвой за 24 ч инкубации при 22°С и 60% полной влагоемкости, что составляет около 25-30% содержания влаги в почве. Измерение БД выполняли как для СИД, только вместо раствора глюкозы в почву вносили воду (0.1 мл г-1 почвы).
Скорость базального дыхания выражали в мкг СО2-С г-1 почвы ч-1. Удельное дыхание микробной биомассы или микробный метаболический коэффициент (qCO2) рассчитывали как отношение скорости базального дыхания к микробной биомассе:
БД / Смик = qСО2 (мкг СО2-С мг-1Смик ч-1).
Статистическая обработка данных
Измерения Смик и БД были выполнены в трёх повторностях, расчёт на вес сухой почвы ( 105°С, 8 ч), результаты выражены как среднее ± стандартное отклонение. Расчет и визуализацию экспериментальных данных проводили в программе Ехel. Однофакторный дисперсионный анализ ( t — критерий или критерий Стьюдента, p ≤ 0.05 ) осуществляли в программе Statistica 6.0.
Результаты
В изученном чернозёме типичном (0-10 см) Курской области содержание Смик составило от 408 (пашня) до 1877 (некосимая степь) мкг С г-1. Выявлено, что величина Смик в почве некосимой степи изученных точек отбора составила от 1230 до 1877 мкг С г-1, а в пахотной экосистеме — от 408 до 873 мкг С г-1, разница между этими величинами составила 1.5 и 2.1 раза соответственно. Показано, что содержание Смик в некосимой степи в среднем было 1531 ± 326 мкг С г-1, а в пахотной почве оно было значимо меньше, в 2.5 раза. Скорость БД составила от 1.74 (пашня) до 0.60 (некосимая степь) мкг СО2-С г-1 ч-1. Выявлено, что величина БД чернозёма некосимой степи составила 1.74 — 1.17, а в пахотной экосистеме — 0.60 — 0.79 мкг СО2-С г-1 ч-1. Показано, что скорость БД в некосимой степи в среднем достигала 1.63±0.17 мкг г-1 ч-1, а в пахотной почве — была ниже, в 3 раза.
Рисунок 7. Содержание углерода микробной биомассы (Смик ) в чернозёме типичном (0-10 см ) Курской области разных экосистем (1, 2, 3 — точки отбора образцов ). Данные с разными буквами различаются значимо (p = 0.000001, критерий Стьюдента)
Рисунок 8. Базальное дыхание (БД) в чернозёме типичном (0-10 см) Курской области разных экосистем (1, 2, 3 — точки отбора образцов). Данные с разными буквами различаются значимо (р = 0.000004, критерий Стьюдента)
Вниз по профилю содержание Смик уменьшалось. В почве некосимой степи содержание Смик в нижних слоях 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см было в 1.1-1.7, 2.1-2.7, 2.2-3.5, 2.8-5.4 меньше, чем в верхнем 10-см слое. В пахотной экосистеме уменьшение этого показателя составило 0.7-1.1, 1.2-1.7, 1.7-3.5, 2.3-3.8 раз для 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см соответственно по сравнению с верхним слоем.
Так, вниз по профилю уменьшение микробной биомассы почвы некосимой степи в среднем составило 3 раза, а таковое в пахотной экосистеме — 2 раза.
Скорость БД вниз по профилю также снижалась, так в слое 40-50 она не превышала 0.70 и 0.50 мкг СO2-C г-1 ч-1 для некосимой степи и пахотной экосистемы соответственно.
В почве некосимой степи величина БД в нижних слоях (10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см) была в 1.1-1.6, 1.7-2.2, 2.2-3, 2.4-4.5 раза меньше, чем в верхнем 10-см.
В пахотной экосистеме уменьшение этого показателя составило 0.7-1.4, 1-2, 1.2-3.1, 1.4-2.1 раза для 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 см соответственно по сравнению с верхним 10-см слоем.
В нижнем изученном горизонте чернозёма некосимой степи снижение микробиологической активности (продуцирование СО2) составило в среднем 2 раза, а на пашне — 1.5 раза.
Рисунок 9. Профильное (0-50 см) распределение углерода микробной биомассы (Смик ) в чернозёме типичном Курской области в некосимой степи (НС) и на пашне (1, 2, 3, — точки отбора образцов)
Суммарный запас углерода микробной биомассы в 1.5 м слое изученной почвы составил 3687 — 4564 мкг г-1 и 1616 — 2813 мкг г-1 для некосимой степи и пахотной экосистемы соответственно. Общий профильный пул Смик чернозёма некосимой степи составил в среднем 4253±491 мкг С г-1, а пашни — меньше в 2 раза, p≤0.05. Продуцирование СО2 в 0.5 м слое некосимой степи в среднем было 4.87 мкг СO2-C г-1 ч-1, а в агроэкосистеме — меньше в 2 раза.
Рисунок 10. Суммарный запас углерода микробной биомассы (Смик) в 0.5 м слое чернозёма типичного разных экосистем (среднее ± с.о.). Данные с разными буквами различаются значимо (р ≤ 0.05, критерий Стьюдента)
Основной вклад в профильный полуметровый запас Смик и БД приносят верхние слои почвы (0-10 и 10-20 см), их доля составила 63 и 58% для некосимой степи и пашни — 59 и 52% соответственно. Доля Смик и БД в нижнем (40-50 см) слое была меньше в 7 и 5, 6 и 3 раза соответственно для некосимой степи, пашни по сравнению с верхними (0-10 и 10-20 см).
Показано, что величина микробной биомассы и её активность в почве агроэкосистемы в 2 раза ниже, чем некосимой степи. Такая тенденция может быть связана с ухудшением функционирования микробного сообщества пахотной почвы и, как следствие, ухудшение ее экологического состояния в результате постоянного антропогенного воздействия (отчуждение растительных остатков, распашка, уплотнение, перемешивание горизонтов). Вниз по профилю чернозема изученные микробиологические показатели (Смик и БД) снижаются. Отмечено, что верхний 20-см слой чернозема характеризуется наибольшими изученными микробиологическими параметрами.
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
Интегральные показатели (qCO2 и Смик / Сорг) функционирования микробного сообщества почвы. Микробный метаболический коэффициент (qCO2) характеризует экофизиологический статус микробного сообщества и может служить экологическим индексом (показателем) состояния почвы в целом. «Оптимальное» значение этого коэффициента составляет, по разным оценкам, около 1, а его повышение (2.5-5.0) может указывать на стрессовое состояние микробного компонента почвы. Доля углерода микробной биомассы в общем органическом углероде почвы (Смик / Сорг) может служить своеобразным индикатором ее качества и «здоровья».
Значение qCO2 чернозёма типичного (верхний 10-см слой) составило от 0.89 до 1.93 мкг СO2-С мг-1Смикч-1. Среднее значение этого показателя не различалось значимо для некосимой степи и пашни (1.08±0.15 и 1.27±0.57 мкг СО2-С мг-1Смикч-1 соответственно). Отношение Смик / Сорг в чернозёме некосимой степи было наибольшим (5.1), пашни — в 2 раза меньше, чем в естественной экосистеме (табл. 3).
Табл. 3. Значение удельного дыхания микробной биомассы (qCO2) и доля углерода микробной биомассы в общем органическом углероде (Смик/Сорг) чернозема(0-10 см)
Значение qCO2 вниз по профилю почы изученных экосистем увеличивалось. В чернозёме некосимой степи и пашни величина qCO2 нижнего слоя (40-50 см) была больше (в 1.2-1.5 и 1.1-2.9 раза соответственно), чем в соответствующем верхнем (0-10-см). Тенденция такого увеличения qCO2 вниз по профилю была более выражена на пашне.
Отмечено, что в верхнем 10 см слое чернозема разных экосистем значение qCO2 значимо не различалось. Однако отношение Смик / Сорг в сельскохозяйственной почве было в 2 раза меньше по сравнению с естественным аналогом. Очевидно, что распашка негативно влияет на экологическое состояние микробного сообщества и, тем самым, качество чернозёма. Вниз по профилю почвы значение qCO2 увеличивалось, причём такая тенденция наиболее выражена в агроэкосистеме. Увеличение qCO2 в пахотном чернозёме может свидетельствовать о больших энергетических затратах микробного сообщества и указывать на его стрессовое состояние.
Выводы
. Выявлено существенное изменение параметров функционирования почвенного микробного сообщества в нарушенном сельскохозяйственным воздействием чернозёме типичном (Курской обл.) по сравнению с ненарушенной эталонной почвой (некосимая степь).
. Эти изменения характеризуются уменьшением содержания почвенной микробной биомассы, её дыхательной активности и доли в общем органическом углероде почвы в антропогенно-нарушенной почве по сравнению с естественным аналогом.
. Вниз по профилю изученного чернозёма величины микробиологических показателей (Смик и БД) снижались ( в 2.5 и 1.5 раз соответственно), а удельное дыхание микробной биомассы — возрастало (1.5 раз), что может свидетельствовать о более «напряженных» процессах функционирования микробного сообщества в этих локусах.
. Показано, что основная доля микробной биомассы и её дыхательной активности (55 и 60% соответственно) сосредоточена в верхнем 20-см минеральном слое чернозема.
. Общий запас (пул) углерода микробной биомассы и микробного продуцирования двуокиси углерода в профиле (0.5 м) пашни были в 2 и 1.5 раза меньше соответственно, чем в естественном аналоге.
. Сельскохозяйственная нагрузка (пахота, отторжение растительного материала) на чернозем типичный оказывает негативное влияние на параметры функционирования почвенного микробного сообщества, что приводит, в свою очередь, и к изменению потока диоксида углерода из почвы в атмосферу.
Список литературы
Нужна помощь в написании отчета?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Поможем с характеристой и презентацией. Правки внесем бесплатно.
1. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. № 11. С. 1327-1333.
. Мирчинк Т.Г., Паников Н.С. Современные подходы к оценке биомассы и продуктивности грибов и бактерий в почве // Успехи микробиологии. 1985. № 20. C. 198-226.
3. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A phisiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biology and Biochemistry. 1978. V. 10. N. 3. P. 215-221.
. Bolin B. Changes of land biota and their importance for the carbon cycle // Science. 1977. V. 196. P. 613-615.
. Lin Q., Brookes P.C. Comparison of substrate-induced respiration, selective inhibition and biovolume measurements of microbial biomass and its community structure in unamended, reygrass-amended, fumigated and pesticide-treated soils // Soil Biology and Biochemistry. 1999. V. 31. N. 14. P. 1999-2014.
. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): Climate Change: Synthesis Report, (Watson, R. T. and Core Writing Team (Eds.). Cambridge University Press. Cambridge. UK. 2001. P. 398.
. Priha O., Smolander A. Fumigation-extraction and substrate-induced respiration derived microbial biomass C, and respiration rate in limed soil of Scots pine sampling stands // Biology and Fertility of Soils. 1994. V. 17. N. 4. P. 301-308.
. Sparling G.P., Williams B.L. Microbial biomass in organic soils: estimation of biomass C, and effect of glucose or cellulose amendments on the amounts of N and P released by fumigation // Soil Biology and Biochemistry. 1986. V. 18. N. 5. P. 507-513.
Приложение
Содержание микробиологических показателей (Смик, мкг г-1, БД, мкг СО2-С г-1 ч-1, qCO2, мкг СО2-С мг-1Смик ч-1) в чернозёме некосимой степи и пашни Курской области