Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биомасса микроорганизмов и эмиссия СО2 из почв в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биомасса микроорганизмов и эмиссия СО2 из почв в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья"

Го од

На правах рукописи

2 7 ОНТ 1998

Лубнина Елена Васильевна

Биомасса микроорганизмов и эмиссия С02 из почв в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья

03.00.16 - экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск, 1998

Работа выполнена в Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук,

с.н. с. Помазкина Л. В. Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Чупрова В.В., кандидат биологических наук, с.н.с. Напрасникова Е.В.

Ведущая организация: Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Защита состоится «Ж« ». 1998 г в часов

на заседании диссертационного совета Д.063. 32.06 по защите диссертаций при Иркутском государственном университете по адресу: г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5, Байкальский музей им. профессора М.М.Кожова (ауд.219).

Почтовый адрес: 664003! Иркутск, ул. Ленина, 3, а/я 24, НИИ Биологии при ИГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского государственного университета

Автореферат разослан " " 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Купчинская Е.С.

Активность почвенного микробного комплекса, осуществляющего процесс трансформации органического вещества, играет важную роль в поддержании гомеостаза в наземных экосистемах и биосфере (Добровольский, Никитин. 1986; Звягинцев 1987; Паников, 1991). Воздействие неблагоприятных природных и антропогенных факторов, включая техногенное загрязнение почв, приводит к нарушению процессов синтеза и разложения органических веществ, с которыми связано плодородие пахотных почв. Влияние загрязнения почв на численность, биомассу, видовое разнообразие и активность почвенного микробного комплекса чаше изучается в лабораторных и модельных опытах (Аристовская и др., 1988; Гузев, Левин, 1991; Тейт, 1991; Никитина, 1991; Звягинцев и др., 1997), чем в природных условиях. Необходимы исследования почвенного микробного комплекса в режиме оперативного мониторинга в агроэкосистемах, включающие многолетние сопряженные наблюдения за содержанием углерода микробной биомассы в почвах и эмиссией С02. Показатели отражают активность процессов минерализации и иммобилизации органического вещества в зависимости от изменений условий среды, включая загрязнение почв. В лесостепи Прибайкалья, отличающейся своеобразием почвенных и климатических условий, подобные исследования в агроэкосистемах отсутствуют.

Цель исследований. Изучить влияние природных и антропогенных факторов, включая техногенное загрязнение почв, на иммобилизацию углерода микробной биомассой и эмиссию С02 в агроэкосистемах на разных типах почв лесостепи Прибайкалья.

Задачи исследований:

1. Исследовать сезонную динамику и дать количественную оценку содержания углерода микробной биомассы в почвах.

2. Исследовать сезонную динамику эмиссии С0г, дать количественную оценку суммарной эмиссии за вегетацию и потерь углерода из почв.

3. Провести анализ сезонных изменений отношения С-С02/Смнкр в пару, выявить возможность использования показателя для сравнительной сценки удельной дыхательной активности и устойчивости почвенного микробного комплекса к действию факторов среды, включая загрязнение почв.

Защищаемые положения.

1. Активность процессов иммобилизации углерода в микробной

биомассе и эмиссии С02 из почв в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья обусловлены комплексом экологических факторов, включая гидротермические условия, свойства почв, связанные в основном с содержанием органического вещества, и техногенное загрязнение.

2. В природных условиях показатель С-С02/Смикр в пару может использоваться для сравнительной оценки удельной дыхательной активности и устойчивости почвенного микробного комплекса разных типов почв к действию факторов среды, в том числе к техногенному загрязнению почв.

Научная новизна. Впервые в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья дана количественная оценка сезонных и многолетних флуктуации содержания углерода микробной биомассы, эмиссии С02 из почв и газообразных потерь углерода в разнах типах почв в зависимости от природных и антропогенных факторов. Обоснована возможность использования в природных условиях отношения С-СОг/Сиикр в пару для сравнительной оценки удельной дыхательной активности микроорганизмов в разных типах почв и устойчивости почвенного микробного комплекса к действию факторов среды, включая загрязнение почв.

Практическая значимость. Впервые в лесостепи Прибайкалья орга низован (1991 г.) и продолжается оперативный агроэкологически: мониторинг на разных типах почв. Дана количественная оценка эмис сии С02 из почв в агроэкосистемах, которая необходима для коррек тировки расчетов вклада пахотных почв отдельных регионов России поступление С02 в атмосферу. Информация об активности почвенног микробного комплекса и газообразных потерях углерода из почв мо жет быть использована для разработки системы экологически безо пасного земледелия, включая мелиорацию .загрязняемых почв.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международных конференциях "СибЭко" (Иркутск, 1993 г.) и "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем окружающей среды" (Иркутск. 1996) , "Проблемы экологии" (Иркутск, ИГУ. 1993, 1995 и 1997 гг.), 3 Форуме почвоведов России (Пущино, 1994 г.). 11 съезде почвоведов России (Санкт-Петербург, 1996 г.). Global Carbon Cycle Workshop (Tsukuba, Japan, 1995 г.), IGBP Siberian Transect Workshop (Красноярск,1996 г.), научных сессиях СИФИБР СО РАН (1993, 1995 и 1997 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, состоит из введения. 5 глав и основных выводов, содержит 7 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 358 источников,из них 74 иностранных авторов.

Основное содержание работы

Глава 1. Обзор литературы. Дан анализ литературы по проблеме трансформации органического вещества в агроэкосистемах. Показаны особенности функционирования почвенного микробного комплекса в изменяющихся условиях среды, в том числе при техногенном загрязнении. Охарактеризованы биологические и физико-химические процессы. влияющие на поступление С02 из почв в атмосферу. Обоснована необходимость проведения мониторинговых исследований за биодинамическими показателями в агроэкосистемах лесостепи Прибайкалья.

Глава 2. Объекты и методы исследований. Наблюдения в режиме оперативного агрозкологического мониторинга проводились в 1992 -1996 гг. в полевых опытах, заложенных на стационаре СИФИБР СО РАН (Заларинский район Иркутской области). Район исследований лесостепь Прибайкалья, занимающая юго-восточную часть Средне-Сибирского плоскогорья. Климат континентальный с резкими колебаниями температуры воздуха при отрицательных среднегодовых значениях (-1,8°). Продолжительность вегетационного сезона 95-110 дней. В годы наблюдений начало вегетации часто характеризовалось недостаточным увлажнением, а большая часть осадков приходилась на июль-август. В середине вегетации часто наблюдался недостаток влаги в почвах. Вегетационный сезон 1994 г. был наиболее благоприятным по гидротермическим условиям. В 1992, 1995 и 1996 гг. сумма осадков оказалась меньше среднемноголетней нормы, а 1993 г. был засушливым.

Объекты исследований - агроэкосистемы с посевом яровой пшеницы и пар на разных типах почв. Аллювиальная легкосуглинистая (В), серая лесная тяжелосуглинистая (С) и дерново-луговая сред-несуглинистая (0) почвы отличались содержанием гумуса, соответственно 1,2, 2,9 и 5,4%. Почвы подвергались комплексному загрязнению аэротехногенными выбросами АО "Саянскхимпрсм" и теплоэлектростанции. Основные поллютанты ртуть, хлор и органические соединения. Согласно действующим нормативам (Госкомприрода, 1990), сушарное загрязнение тяжелыми металлами пахотного (0-20

см) слоя почв оценивалось как "допустимое". Оценка свойств и уровня плодородия почв, приведенная в работе, позволяет предполагать, что буферность по отношению к загрязнению возрастает в ряду почв: аллювиальная (В), серая лесная (С), дерново-луговая №). Серая лесная (А) почва (4,8% гумуса), находящаяся в 80 км от источника локального загрязнения, была использована в качестве "условного контроля" для сравнительного анализа процессов, происходящих в загрязняемых и незагрязняемых почвах, в первую очередь серых лесных. Основанием для корректности сравнения является местонахождение почвы А в той же почвенно-климатической зоне и сформированность всех почв на аллювиально-делювиальных отложениях Юрского периода.

Полевые опыты закладывали на почвах, вывезенных из района загрязнения.на экспериментальный участок во избежание действия продолжающегося аэротехногенного загрязнения органическими веществами. Почвы помещали в траншеи, ограниченные каркасами до глубины 40 см. моделируя делянки площадью 1 м2 и 0,25 м2. На не-загрязняемой серой лесной почве опыты проводили на делянках, ограниченных каркасами до глубины 40 см, насаженными на почвенный монолит. В качестве минеральных удобрений использовали химически чистые соли - Ш4Ж>3, Са(Н2Р04)3 и К2Б04, которые вносили под посевы пшеницы ежегодно в дозе М60Р60К60. В отдельные годы на загрязняемых почвах проводили наблюдения в вариантах с мелиорантами - торф (60 т/га) и двойной суперфосфат (240 кг/га), которые вносили на фоне МРК. Опытная культура яровая пшеница сорта "Скала", норма высева 700 зерен/м2. Предшественник в опытах зерновая культура. Сопряженные наблюдения за влажностью почвы, содержанием углерода микробной биомассы и эмиссией С02 из почв проводили с 15 мая по 1 сентября через каждые 10-15 суток. Повторность опытов 3-кратная.

Агрохимические анализы почв выполняли стандартными методами

(Агрохимические методы____ 1975). Содержание углерода микробной

биомассы определяли регидратационным методом, используя Кс=0,25 (Благодатский и др., 1987), скорость эмиссии С02 из почв учитывали абсорбционным методом (Шарков, 1987), рассчитывая суммарную эмиссию С-С02 за вегетационный сезон (110 сут) путем линейного интерполирования (Шарков, 1986). Отношение С-С02/Сиикр (мг/г-час) в пару, характеризующее удельную дыхательную активность

почвенных микроорганизмов, рассчитано на слой почв 0-20 см. Статистическая обработка данных проведена общепринятыми методами Глава 3. Количественная оценка содержания углерода микробной

биомассы в почвах Сезонная динамика С-биомассы в годы наблюдений имела сходство в разных типах почв (рис.1). Максимум С-биомассы отмечался в начале вегетации и зависел от активности разложения органических веществ в благоприятных гидротермических и трофических условиях. Снижение ее в середине вегетации связано, вероятно, с усилением конкуренции за биофильные элементы между растениями и микроорганизмами, повышением температуры и снижением влажности почв. Второй максимум биомассы наблюдался в конце вегетации в условиях повышения влажности почв и поступления в почвы свежих растительных остатков. Выявлена прямая связь между содержанием С-биомассы и влажностью почв (г=0.31-0.60). В аллювиальной почве рост микроорганизмов в большей степени зависел от содержания влаги (г|-0.58-0,67), чем в серых лесных (А и С) (г|=0,40-0, 59) и дерново-луговой (г|-0,35-0,42). Экологические концепции функционирования почвенного микробного комплекса (Гузев, Иванов, 1986; Звягинцев. 1987; Паников. 1991) позволяют связывать сезонные изменения С-биомассы с сукцессией микробного сообщества в изменяющихся условиях среды.

Среднее за сезон содержание С-биомассы в почвах позволяет судить об активности процессов микробиологической иммобилизации в разные годы (рис.2). В 1992 и 1993 гг. содержание биомассы в почвах было ниже, чем в последующие годы, причем оказалось примерно одинаковым и в пару, и в посевах пшеницы. Во все годы содержание С-биомассы в незагрязняемой серой лесной (А) почве было в полтора раза выше, чем в загрязняемой (С). В загрязняемых почвах показатель был тем выше, чем больше содержание гумуса. Внесение на загрязняемых почвах торфа и суперфосфата не приводило к достоверному изменению среднесезонного содержания С-биомассы по сравнению с вариантом МРК. Вклад микробной биомассы в состав органического вещества (Смикр /Сорг_, %) в незагрязняемой серой лесной (А) почве в разные годы колебался от 0,96 до 2,05 %, а в загрязняемой (С) от 1,5 до 2,3%. В аллювиальной почве он составлял 2, 1 - 3,2%, а в дерьово-луговой 1,3 - 1,9%.-

Мониторинговые наблюдения выявили параметры многолетних флюк-

и

и

Рис. 1. Сезонная динамика влажности почв и содержания С-биомассы, X +3х, п=3. Здесь и в других рисунках и таблицах А - незагрязняемая серая лесная почва; техногенно загрязняемые почвы: 8 - аллювиальная, С - серая лесная, Э -дерново-луговая. Варианты опыта в посевах пшеницы: 1- Ы60Р60К60; 2 - ЫбОРбОКбО+торф; 3 - пар.

1992 г. 1993 г. 1994 г. 1995 г. 1996 г.

Рис.2._Содержание С-биомассы в почвах в среднем за сезон в разные годы, Х+вх, п=24. Варианты опыта: 1 - пшеница, ИбОРбОКбО; 2 - пар после пшеницы; 3-пар многолетний; 4-Смикр./Сорг,%.

туаций С-биомассы в разных типах почв (табл.1). Минимум ее за

Таблица 1.

Содержание С-биомассы в почвах под посевом пшеницы, мг/100 г почвы.

Почва Число лет За период наблюдений В среднем за сезон В среднем за годы наблюдений

ппп шах пап гаах

А 5 11,7 99,6 26, 7 56,9 41, 1

В 4 2,4 27,9 9. 1 16, 5 13, 6

С 3 4.5 71,7 26,0 40. 5 33,3

О 4 12,5 97,2 27,6 57,9 43,6

период наблюдений характеризует способность микробного комплекса к иммобилизации углерода в неблагоприятных условиях среды. Максимум связан с откликом микроорганизмов на улучшение гидротермических условий (дождь после продолжительной засухи). Содержание С-биомассы в среднем за сезон обусловлено воздействием комплекса экологических факторов. Среднемноголетняя оценка дает более полное представление об активности процессов иммобилизации в разных типах почв. В посевах пшеницы содержание С-биомассы возрастало в ряду почв: аллювиальная< загрязняемая серая лесная (С) < незаг-

рязняемая серая лесная (А) < дерново-луговая. В пару выявлена аналогичная зависимость. Прямая связь между содержанием С-био-массы и ресурсом органического вещества в почве подтверждает известную зависимость активности роста микроорганизмов от наличия субстрата. В среднем за годы наблюдений вклад микробной биомассы в состав органического вещества разных почв составлял в посевах пшеницы 1,4-1,9%, а в пару 1,5-2,2%.

Влияние экологических факторов, включая загрязнение почв, на функционирование микробного комплекса можно оценивать по вариабельности и амплитуде колебаний (Звягинцев, 1987, Никитина, 1991). В незагрязняемой серой лесной (А) и загрязняемой дерново-луговой почвах амплитуда колебаний С-биомассы за годы наблюдений (табл.1) и вариабельность в отдельные годы были сравнительно низкими (У=11-46%). В загрязняемых аллювиальной и серой лесной (С) почвах параметры выше, особенно в неблагоприятные по увлажнению годы (V-24-72%). что характеризует низкую устойчивость их микробного комплекса.

Таким образом, содержание С-биомассы в почвах преимущественно обусловлено их свойствами, а также гидротермическими условиями вегетации. На негативное действие загрязнения почв указывает повышение вариабельности и изменение отношения Смикр ./Сорг-, %. которое характеризует относительную доступность органических веществ для микроорганизмов.

Глава 4. Эмиссия углекислого газа из почв в агроэкосистемах

Сезонная динамика эмиссии С02 из почв связана с изменениями температуры и влажности почв (рис.3). Низкая скорость эмиссии С0г в начале вегетации обусловлена снижением биологической активности в условиях пониженной температуры почвы. В последующие сроки повышение скорости эмиссии в пару связано с усилением минерализации органического вещества, а в посевах пшеницы - также с дыханием корней. На скорость эмиссии С02 из почв в отдельные сроки могли влиять физико-химические процессы. В годы с недостаточным увлажнением максимумы эмиссии всегда отмечались после выпадения осадков. Прямая связь между скоростью эмиссии и влажностью почв выявлена только в июле (г=0,52-0,76), а в целом за сезон отмечалась обратная зависимость (г= -0,36-0,64).

Скорость эмиссии С02 из почв под посевом пшеницы за период

1992 г. 1993 г. 1994 г. 1995 г. 1996 г.

Рис.3. Сезонная динамика влажности почв и скорости эмиссии С02, X+Sx, п=3

Варианты опыта в посевах пшеницы: 1- N60P60K60, 2- Ы60Р60Кб0+торф; 3 - пар.

наблюдений колебалась в широких пределах (табл. 2). В среднем за годы наблюдений в разных типах почв она оказалась близкой. В пару скорость эмиссии была ниже и составляла в незагрязняемой серой лесной (А) почве 4,5, а в загрязняемой (С) 4,0 г/м2- сут. Наименьшей она оказалась в аллювиальной, а наибольшей в дерново-луговой почве (3,6 и 4.8 г/м2-сут соответственно). Внесение торфа и суперфосфата на загрязняемых почвах не оказывало существенного влияния на скорость эмиссии С02. В благоприятном по гидротермическим условиям 1994 г. коэффициент вариации был ниже (21-46%). чем в годы с недостаточным увлажнением (37-61%), причем не зависел от типа почвы.

Таблица 2

Скорость эмиссии С0г из почв под посевом пшеницы. г/м2-сут

Почва Число лет За период наблюдений В среднем за сезон В среднем за годы наблюдений

тт шах тт шах

А 5 2,2 13,8 4,9 7,0 5.9

В 4 1,9 10,8 4, 5 5.7 5,2

С 3 1.8 9,9 5,2 6,5 5.8

0 4 1,8 11,3 5, 2 7,6 6,7

Суммарная за вегетацию эмиссия С-С02 в посевах пшеницы выше, чем в пару, что в основном обусловлено дыханием корней, минерализацией свежих растительных остатков и гумусовых веществ. В пару изменения эмиссии позволяют судить об отличиях в интенсивности минерализации органических веществ в разные годы (рис.4).

зооо

2500

2 2000

и ^

л 1500 о и

О юоо

500 о

Рис.4. Газообразные потери углерода из почв за вегетационный сезон в разные годы, Х+Бх, п=3. Варианты опыта: 1- пшеница, Ы60Р60К60; 2- пар после пшеницы; 3 - пар многолетний; 4- потери углерода, С-С02/Сорг.,%.

Наиболее высокой эмиссия была в засушливом 1993 г. и в оптимальном по увлажнению 1994 г. В пару после пшеницы (1994 г.) суммарная эмиссия углерода из разных почв была выше, чем в годы последующего их парования (1995 и 1996 гг.). Увеличение ее в ряду почв: аллювиальная, серая лесная загрязняемая (С), серая лесная незагрязняемая (А), дерново-луговая связано с содержанием гумуса.

и - 1 и- 2 □- 3 в-4

Л в 1992 г.

Л В О 1993 г.

В С О 1994 г.

л в с: и 1995 г.

Л В С Г) 19961.

А

Потери углерода в пару после пшеницы в аллювиальной (В) почве достигали 8,2, в загрязняемой серой лесной (С) 3,9, а в дерново-луговой (Б) 3,3% от общего содержания. В пару второго и третьего года потери снижались до 5,1, 2,7. и 2.0%, соответственно почвам. В незагрязняемой серой лесной почве потери углерода составляли 2,8% в пару после пшеницы и 1.8% при многолетнем паровании.

Оценка суммарной за вегетацию эмиссии С02 из почв важна для корректировки вклада агроэкосистем отдельных регионов России в поступление С02 в атмосферу (табл. 3). В посевах пшеницы сред-

Таблица 3

Среднемноголетняя эмиссия С02 и потери углерода из почв за вегетационный сезон

Почва Угодье Число лет С02, Г/м2 С-С02, кг/га

11т среднее 11т среднее

А Посев 5 532-798 670 1452-2179 1828 18

В 4 509-657 582 1390-1622 1588 И

С 3 587-754 674 1602-2059 1838 12

Б 4 598-912 763 1631-2489 2082 20

А Пар 5 360-689 498 982-1880 1359 29

В 3 326-536 402 891-1462 1098 29

С 3 396-562 452 1081-1533 1233 21

Б 3 421-757 550 1148-2067 1501 33

немноголетнаяя эмиссия из незагрязняемой (А) и загрязняемой (С) серых лесных почв оказалась примерно одинаковой, несмотря на их отличия по содержанию гумуса. В пару отмечается прямая связь между величиной эмиссии и ресурсом гумуса в почвах.

Загрязнение почв способствовало усилению минерализации органического вещества. В незагрязняемой серой лесной (А) почве потери углерода в пару в сумме за три года (1994-1996 гг.) составляли 6,5%, а в загрязняемой 9,3%. В аллювиальной почве они достигали 18.5%, а в дерново-луговой - 7.2%. Выявлена обратная связь между интенсивностью газообразных потерь углерода и ресурсом гумуса в

загрязняемых почвах, что согласуется с представлениями об устойчивости органического вещества разных почв к минерализации (Орлов и др., 1996). Усиление минерализации в этих почвах подтверждается исследованиями баланса и круговорота азота, выполненными с изотопом 15М ( Помазкина и др., 1996, 1997). По среднемного-летним данным общая эмиссия С02 из пахотных почв в районе локального загрязнения А0"Саянскхимпром" оценивается приблизительно в 48 тыс т в год. что в 6,6 раза превышает локальные промышленные выбросы. Отсюда следует, что расширение площадей загрязняемых почв может быть существенным негативным фактором, оказывающим влияние на состояние атмосферы.

Таким образом, региональные особенности почв и гидротермических условий, наряду с антропогенным и техногенным воздействием на агроэкосистемы. оказывают влияние на скорость эмиссии С0г в течение вегетации, суммарную за сезон эмиссию и потери углерода.

Глава 5. Удельная дыхательная активность почвенных

микроорганизмов

В лабораторных опытах удельную дыхательную активность почвенных микроорганизмов оценивают по отношению С-С02/Смикр (Insam etal., 1991: Anderson. Domsch, 1993; Schinner et al.. 1996). Инкубирование почв в оптимальных условиях температуры и влажности позволяет выявлять только "потенциальную" активность. Если учитывать, что в пару дыхание микроорганизмов является основным источником эмиссии С02, отношение С-С02/Смикр можно использовать для сравнительной- оценки удельной дыхательной активности микробного комплекса в разных почвах и в зависимости от изменения условий среды.

Сезонная динамика удельной дыхательной активности отражает реакцию микроорганизмов на изменение гидротермических факторов (рис.5). В начале и в конце вегетации показатель был низким и незначительно отличался в разных почвах. Максимума он достигал в условиях низкой влажности почв в середине вегетации, когда различия между почвами проявлялись наиболее отчетливо, особенно в годы с недостаточным увлажнением. Активность микроорганизмов и её сезонная вариабельность снижались в ряду загрязняемых почв; аллювиальная (V=105-147%). серая лесная (V-53-119%), дерново-луговая (V=51-53%). В незагрязняемой серой лесной (А) почве показатель был ниже, причем колебания его меньше (V= 52-57%). чем в

1994 г. 1995 г. 1996 г.

Рис.5. Сезонная динамика влажности почв и удельной дыхательной активности микроорганизмов в пару.

загрязняемой (С). Наблюдалась обратная связь дыхательной активности микроорганизмов с влажностью почв (г= -0,37-0,59). Усиление дыхания в условиях недостатка влаги в почвах можно рассматривать как адаптивную реакцию микробного комплекса на неблагоприятные условия среды. Изменения метаболической активности микроорганизмов в течение вегетации связаны с формированием С-био-массы (г=-0,61-0,72; Г|=0,77-0,81) и скоростью эмиссии С02 (Г=0, 42-0, 88; г|= 0,75-0,84).

Средняя за сезон удельная дыхательная активность микроорганизмов в пару после пшеницы выше, что обусловлено преимущественно разложением растительных остатков. В незагрязняемой серой лесной (А) почве она составляла 0,61, в загрязняемых серой лесной (С) и дерново-луговой 0,84, а в аллювиальной 1,4 мг/г-час. В условиях длительного парования дыхательная активность микроорганизмов в каждой из почв снижалась почти вдвое, что связано, вероятно, с изменением количества и качества органических веществ. Различия в метаболической активности микроорганизмов свидетельствуют о неодинаковой эффективности использования органического субстрата в разных типах почв.

Оценка устойчивости почвенного микробного комплекса. Известно. что усиление дыхания в условиях стресса связано с повышением энергетических потребностей организма, сообщества и экосистемы

(Одум, 1986, Селье, 1982). В связи в этим, отношение общего дыхания экосистемы к суммарной биомассе (R/B) используется как критерий ее устойчивости. Подобным критерием, применительно к почвенному микробному комплексу. служит отношение С-СОг/Смикр (Chander, Brookes. 1991; Anderson. Domsch, 1993; Благодатская и др.. 1995). которое характеризует соотношение между процессами разложения и синтеза органических веществ и/или процессами минерализации - иммобилизации.

Проведен анализ связи удельной дыхательной активности микроорганизмов с другими показателями (табл. 4).

Таблица 4

Некоторые показатели трансформации углерода в почвах пара (среднее за 1994-1996 гг.) --,-,-1-

Почва 1С,

ор г • 1

-никр. в среднем за сезон

I

МГ/100 г|смикр/сорг.

почвы I % _1_

с-со2

за вегетацию

г/м2

% от

I с,

орг.

с С02/Смикр

мг/г-час

А 2,8 52.6 1.9 131,0 2,1 0, 43

В 0,8 16.5 2.2 109,8 6.0 1, 06

С 1. 7 29.1 1,7 123,3 3,0 0,67

D 3, 1 49,2 1.6 150,1 2,3 0,57

В незагрязняемой серой лесной (А) почве содержание С-биомассы наибольшее, а удельная дыхательная активность наименьшая. Это свидетельствует о сравнительно высокой устойчивости ее микробного комплекса, связанной с содержанием гумуса и отсутствием загрязнения. В загрязняемых почвах высокая потребность микробного комплекса в субстрате способствовала активному вовлечению органического вещества в процессы минерализации - иммобилизации. Низкое содержание С-биомассы в аллювиальной и серой лесной (С) почвах связано, вероятно, с активным участием ее в ресинтезе. Высокая доля микробной биомассы в органическом веществе аллювиальной почвы указывает на его лабильность. Усиление микробного дыхания, как следствие адаптации к загрязнению, способствовало минерализации, повышению эмиссии С02 и потерям углерода из почв. Увеличе-

ние С-биомассы и уменьшение отношения С-С02/Смикр в ряду загрязняемых почв: аллювиальная, серая лесная (С), дерново-луговая свидетельствует о повышении устойчивости их микробного комплекса.

Таким образом, устойчивость микробного комплекса в природных условиях связана с количеством и качеством органического вещества в почвах, которое является не только субстратом для микроорганизмов, но и обуславливает буферность. почв по отношению к загрязнению.

вьводы

1. Сезонная динамика содержания углерода микробной биомассы в почвах в разные годы характеризуется максимумами в начале и в конце вегетации, что обусловлено благоприятными гидротермическими и трофическими условиями. Снижение С-биомассы в середине вегетации преимущественно связано с уменьшением влажности почв.

2. Среднесезонное содержание С-биомассы увеличивается в ряду загрязняемых почв: аллювиальная, серая лесная, дерново-луговая,' что связано с содержанием гумуса. Вклад микробной биомассы в состав органического вещества разных почв (Смикр / Сорг ,%) в среднем за годы наблюдений составляет 1,4 - 2.2 %.

3. Сезонная динамика эмиссии С02 из почв в агроэкосистемах связана с изменением гидротермических факторов. В начале вегетации скорость эмиссии обусловлена низкой биологической активностью в условиях пониженной температуры почвы. Максимум эмиссии после выпадения осадков в середине вегетации связан с усилением минерализации органических веществ и дыхания корней.

4. Суммарная за вегетацию эмиссия С02 в пару и посевах пшеницы тем больше, чем выше содержание гумуса в почвах. Относительные потери углерода (С-С02/ Сорг , %) в пару в среднем за годы наблюдений снижаются в ряду загрязняемых почв: аллювиальная, серая лесная, дерново-луговая (соответственно 6,0, 2.9 и 2,3%). В незагрязняемой серой лесной почве потери меньше (2.2%).

5. Сезонная динамика удельной дыхательной активности (С-С02/Смикр ) отражает реакцию почвенных микроорганизмов на изменение условий среды. Показатель можно использовать для сравнительной оценки устойчивости почвенного микробного комплекса.

6. Высокое отношение С-С02/Смикр в загрязняемых почвах свидетельствует о сравнительно низкой устойчивости их микробного комплекса. При одинаковом уровне загрязнения устойчивость мик-

робного комплекса разных типов почв неодинакова и зависит от содержания органического вещества.

7. Повышение потребности микробного комплекса в субстрате в загрязняемых почвах способствует усилению минерализации, следствием чего являются высокая эмиссия С02 и потери гумуса.

Основные публикации по теме диссертации

1. Помазкина Л. В., КотоваЛ.Г.. Лубнина Е. В.. Хортоломей И. В. Подходы к оценке техногенного загрязнения агроэкосистем Прибайкалья // Оценка состояния водных и наземных экологических систем: экологические проблемы Прибайкалья,- Новосибирск: Наука. 1994. - С. 122-126.

2. Помазкина Л. В., КотоваЛ.Г.. Лубнина Е.В. Воздействие техногенного загрязнения на функционирование агроэкосистем // Проблемы экологии. - Новосибирск:Наука, 1995. - Т.1. - С.242-250.

3. Помазкина Л. В., Лубнина Е. В., Зорина С. Ю., Котова Л. Г., Хортоломей И.В. Динамика выделения С02 серой лесной почвой лесостепи Прибайкалья // Почвоведение. - 1996. - М 12. - С. 1454-1458.

4. Помазкина Л. В., Лубнина Е. В., КотоваЛ.Г. Агроэкологичес-кий мониторинг и оценка функционирования агроэкосистем на техно-генно загрязняемых почвах,- Иркутск, 1996,- 62 е.- Деп. в ВИНИТИ, И ноября 1996 Г. N 3277-В96.

5. Pomazkina I.V., Lubnina E.V., Zorina S. Yu., Kotova L. G. The dynamics of C02 evolution in grey forest soil in the Baikal forest-steppe // Biol. Fértil. Soils. - 1996. - Vol.23, N 3.-P. 327-331.

6. Лубнина E.B., Котова Л.Г., Зорина С.Ю. Эмиссия С02 и потери углерода в почвах лесостепи Прибайкалья //И съезд почвоведов: Тез. докл. - С-П.. 1996. - Кн.1. - С. 187-188.

7. Помазкина Л. В., Лубнина Е. В.. КотоваЛ.Г., Лесных Н. П., Лаврентьева A.C. Эмиссия углерода и азота в атмосферу на техно-генно загрязняемых почвах Прибайкалья // Агрохимия. - 1997. - N 4. - С. 64-69.

8. Лубнина Е.В. , Помазкина Л.В., Котова Л.Г. Эмиссия С02 на техногенно загрязняемых пахотных почвах лесостепи Прибайкалья // Почвенные ресурсы, рационализация землепользования и экологическая оптимизация агроландшафтов в Приенисейской Сибири: Мат. конф.- Красноярск, 1997. - С. 121-123.

9. Лубнина Е.В., Помазкина Л.В., Лесных Н.П. Изменение запасов микробной биомассы и эмиссии С02 на техногенно загрязняемых почвах лесостепи Прибайкалья // Проблемы антропогенного почвообразования: Тез. докл. межд. конф. - М.. 1997. - Т. 2. - С. 301-303.

10. Помазкина Л.В., Лубнина Е.В., Лесных Н.П. Эмиссия С0г из разных типов почв лесостепи Прибайкалья // Почвоведение. - 1998. -К 7. - С. 876 - 882.