Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формирование почвенной мезофауны и ее роль в трансформации подстилок в лесных культурах

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Формирование почвенной мезофауны и ее роль в трансформации подстилок в лесных культурах"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК V/ '/\

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Р Г б Шептух леса имени В. Н. Сукачева

Па нравах рукописи

ЕЕЗКОРОВАИНАЯ Ирина Николаевна

УДК' Г>77,4:63 1.407/,468:631.423.4

Формирование почвенной мезофауны и ее роль в трансформации подстилок в лесных культурах

03.00.16 — Экология

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

к

Красноярск — 199;'.

Работа выполнена в лаборатории лесного почвоведения Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН.

Научный руководитель:

доктор биологических наук В. Н. Горбачен

Официадыше оппоненты:

доктор биологических наук В. Г. Мордковнч

К 002.70.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте леса им. В. Н. Сукачева по адресу: 660036, г. Красноярск. Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН.

кандидат онологпческпх наук 11 В. Чупрова

Ведущая организация:

Красноярский государственный университет

Защита диссертации состоится « '/Л. » 1993 году

сс -^-

в ~Ю часов на заседании специализированного Совета

Автореферат разослан « (%-У »

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

О. А. Зырянова

ОЕЦА.Я ХА?АКТЕг51СГ;ША РАБСТВ

Актуальность тепы. Изучение роли почвенной биоты в трансформации органического вещества лесных биогеоценозов (БГЦ) имеет огромное значение для понимания круговорота везестз в целок. Численность и зоомасса почвенных тавотных, а также продолжительность активного периода сироко варьируют е разных зонах к типах ЕГЦ. Изучение деятельности почвенных беспозвоночных ь одном БГЦ ке дает действительного представления о соотношении участия различных представителей почьелных организмов в трансформации органического вещества. Б большинстве исследований. проводимых в природных условиях и посвященных данной проблеме, практически невозможно вычленить влияние на процессы формирования зоокомплексов и на темпы деструкции органического вещества таких факторов кале Еозраст древостоя, складывающийся микроклимат, биохимический состав поступающей органики, а также выявить здификаторную роль древесных культур в жизнедеятельности педокоиплексов беспозвоночных.

Многолетний модельный опыт с основными лесообразующими породами Сибири: кедром, лиственницей, осиной, сосной, березой и елью, созданный в одинаковых почвенно-экологических условиях, является ипеальнкм объектом для изучения становления и функционирования лесных ЕГЦ. Изучаете культурбиогеоиенозы дают возможность выявить рель фитоценозов в организации и ¿ункциониро-вании различных компонентов лесных БГЦ, в частности педокоип-лексов мезофауны.

Цель и задачи исследований. Цель настоящих исследований заключается в изучении формирования комплексов почвенной мезо-сауны е лесных культурбиогеоценозах и выявлении ее роли в транейормации подстилок различного состава. Реализация поставленной цели складывалась из решения следующих задач:

- изучить влияние культур кедра, лиственницы, осины, сосны, березы и ели на Нормирование, динамику и функционирование педокомллексов мезофауны темно-серых лесных почв;

- выявить роль мезофауны в трансформации органического вещества подстилок различных древесных культур;

- дать оценку роли почвенной мезогёауны е оормировании биохимической активности почв в лесных культуроиогесценозах.

Научная нозяпн?.. ВперЕые для Средней Сибири дана характеристика комплексов почзенной мезофаукы фсрьмрутаихся лепных биогеоценозов. Прослежено за формированием качественного и количественного составов мезофауны ст зооценозов пазки до зооценозов псд культурами кедра, лиственницы. осины, сссны, березы и ели. Установлена гпоостранстзенно-вре^енная изменчивость мезсфауны в исходной почве пахни и под культурами недра, лиственницы, осины, сосны, березы и ели.

Впервые для данного региона проведены комплексные исследования по выявлению роли почвенной мезофауны в трансформации подстилок под основными лесообразутаиыл породаш! Сибири: ко-дрем, лиственницей, осиной, сосной, березой и е.тыз.

Практическая значимость. Полученные результаты исследований ¿армирования комплексов почвенной ыезосауны в леелых культурбиогесценозах могут быть использованы в Сшодиагкости-ке направленности почвообразовательных процессов и нарушений почвенкэ-экологических условий при антропогенных нагрузках.

Результаты исследований участия почвенных беспозвоночных в трансформации органического вещества подстилок в лесных культурах существенно расширяют представление о рели живого компонента в круговороте веществ в природе и могут быть использованы при разработке теории формирования гумусового комплекса почв.

Ка защиту выносятся следующие положения:

- в культурах кедра, лиственницы, осины, сосны, березы и ели, развивающихся з условиях единого климатического л эдафического фона, формируются своеобразные комплексы почвенной мезофауны. отличающиеся от таковых в исходной почве пашни;

- разнообразие почвенной мезофауны и ее участие в процессах разложения обусловлены качественным составом подстилок под лесными культурами.

Апробация. Материалы исследований были представлены для обсуждения на конференциях молодых ученых ¡ШиД СО АН СССР им. В.Н.Сукачева ¿Ксасноярек, 1988,199Сгг), конференции "Молодые ученые - лесному хозяйству" (Пушкино, 1988г), краевой научно-производственной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения проф. Н.Э.Орловского (Красноярск, 1Э89г), У13

Бсесссзна.: съезде почвоведов (Новосибирск. 1989г), региональной научно-практической конференции "Итоги изучения лесов Дальнего Востока к задачи интенсификации многоцелевого лесопользования" (Хабаровск, 19Е9г), X Всесоюзном совещании "Проблемы почвенной зоологии" (Новосибирск. 1991).

Структура и .объем диссертации. Диссертационная работа изложена ка 2С£~ стр. машинописного текста, состоит из ЕЕеде-ния, пяти глав, заключения к приложения. Включает 25 таблиц, и 23 рисунка. Список литература содержит 173 наименования, е ток числе 27 на английском и немецком языках.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВЛ I. ПОЧВЕННЫЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ И ИХ ЕЮГЕЩЕЧСГГИ-ЧЕСКАЯ РОЛЬ В ЛЕСНЫХ СООБЩЕСТВАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТОРЫ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА)

Один из важнейших принципов докучаевского генетического почвоведения предполагает, что для более полного изучения и познания почвы гак естественно-исторического тела необходимы знания не только о ее свойствах, но и о тех лочвообразовате-лях, результатом- деятельности которых она является (Докучаев 1354). Большой вклад в дело изучения такого важного живого компоненте почва как почвенная Ьауна внес М.С.Гиляров (1Э65), что способствовало становлении почвенной зоологии как самостоятельного раздела науки.

Среди работ, посвяценних изучении структтрь: почвенного населения, состнсгения численности и биомассы различных систематических и экологических групп беспозвоночных (Гришина. Короткгв, 1975; 1Э76а; Дремина, Гсрцеева, 1975; Коробов, 1975; 1Э7Э; Ьиатова, Макаревкч, 1ЭБ4; С-гееЕз1апсе ( агееиз _ 1г.аае, 1937), особое значение имеют исследования деятельности педсбионтоЕ, их роли б разложении, гумификации и минерализации органического реиества в различных БГЦ (Зрат.еЕский, 1955; Козловская, Едакникова, 1962; Перель, Соколов. 19-54; Козловская, Марьина, 1955; Курчева, 1971; Злотин, Ходашова, 1973; 1974; Козловская и др., 1973; Стриганона 1975; 1930; 1985; Веремеев, й9/6;1937; 1991; Зражевскик и др., 1975; Козловская. 1975; 1975а; 1961; 1953; 1954; 1985; Мсрдкович, 1977; 1977а; 1991; 1991а; Гиляров, Строганова, 197с; Саыедов, 1981;

13с£; 1991; Стриганова и др., 1957; Стриганова и др., 1389; Зсеволодова-Яерель и др., ТЭЗ!;13^" , 1964; ЬатеПе , га 13.1 1967 и др.).

Однако, несмотря на обдирную литературу, иосашеннуп изучению роли почвенных беспозвоночных в функционировании £ГЦ и использования педофаукы как индикатора почвообразовательных процессов, следует отметить, что непосредственным изучением участия почвенных беспозвоночных з трансформации органического вещества занимается узкий круг специалистов и вопрос оценки роли пецэбиснтоэ в биологическом круговороте остается открытом

ГЛАЗА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ЕГОДН ИССЛЕДОВАНИИ

Исследования проводились на многолетнем опыте с дрезес-яыаг культурами, заложенном в 1966г. лабораторией лесного почвоведения института леса и дрезесины им. В.Н.Сукачева СО АН СССР под руководством проф. Н.З.Орловского на территории восточной окраины Кемчугской возвышенности.

По Оиоклшатическому районированию Красноярского крал территория Кемчугской возвышенности относится к подтайге Средней Сибири и характеризуется переходным климатом между хорошо выраженным эжно-таежным (ст.Кача, Кемчуг1 и лесостепным (от.Емельянове, Красноярское опытное поле) районами.Климатические условия отличаются значительной степенью кокти-нентальности (58-59^), хорошей влагообеспеченностью и недостаточным количеством тепла (Агроклиматический..., 1961).

Лесные культуры кедра з1Ыг1св)( лиственницы

ЬагЬс з1Ъ1г1еа ), осины ^ориХия ЬгввцХа ), сосны 4?1диз з11-тва-бг1з ), березы Ье5и1а £г^1с1за ) И ели &1зеа оЬо-гаса ; были высажены 2-3 летними саженцами з 1971-72гг. Уникальность данного объекта закличается в том, что посадка культур проводилась на однородном по физическим, физико-химическим, химическим свойствам субстрате (темно-серой лесной почве) и £ор-мированче различных типов ЕГЦ идет в одинаковых экологических условиях (Моделирование..., 1984).

Определение качественного и количественного составов и биомассы почвенной мезо£ауны в культур« кедра, лиственницы, осины, сосны, березы и ели проводилось по общепринятым методикам (Гиляров, 1977; 1987; Малашева, 1967; з<тг!с , 1987). В

качестве контроля использовался участок пашни, имитирующий исходное состояние БГЦ. Одноврэмзнно с отбором образцов для учета мезо:рауны отбирались образцы на микробиологический, биохимический и химические анализы почвы и подстилск. Учет подстилок, а. также определение химических и оиохимичееких свойств почвы и подстилок проводили традиционными методами (Гинзбург и др., 1960; Оганов, 1961; Голубева, 1969; Ари-нудкина, 1970; Турчин, 1970; Хазиез, 1976; Почвенно-биоло-гические,.., 1980). 3 лесных культурах были отобраны образцы для кикреморЛологичоского описания почв (Парфенова, Яри-лсва, 1977). Описание шлифов было выполнено к.б.н. С.3.Губимым, сотрудником института почвоведения и фотосинтеза АН СССР.

Обработка полученного материала проводилась методом за-риационной статистики (Дмитриев, 1972; Доспехоз, 1972; Захаров и др., 1987).

ГЛАВА 3. ЗОРМЛРСЕАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МЕ305АУНЫ В ЛЕСНЫХ КУЛЬТУРНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗАХ

Произрастание культур.кедра, лиственницы, осины, сосны, березы и ели на темно-серых лесных почвах в одинаковых экологических условиях привело к постепенному увеличению общей численности почвенных беспозвоночных группы "мезсфауна" и группового разнообразия животных. Особенно существенные из менения произошли за последние 10 лет t,I2S3-I990rr). Накопление подстилки под древесной растительностью, а т атасе развитие почвенной микрофлоры способствует закреплении все большего числа педобионтов. Наибольшей численностью характеризуются зоокомплвксы культур с мягким опадом: лиственницы,березы, осины (рис. I). Они достоверно отличаются от комплексов пашни при Ь% уровне значимости (Ьф=3,16; 5,12; 2,83 >

4,G5=2'I8)-

Экологические условия, складывающиеся в культурах, сяа-зызаэт влияние нз только на плотность населения, но и на ее качественный состав. Для выявленных сообществ педобионтов характерен небольшой и довольно об>ций набор доминантен (табл. I). Численность доминирующих групп мезофауны характеризуется большой пространственно-временной изменчивостью Высокие

За/Л т-

I I < Е2Ц:

Рчс. I. Плотность почвенных мезофауны (а) и микрофлоры (б) под лесными культурами

I - в подстилке, 2 - в почве (0 - 30см), II - паанп (контроль)

в

Таблица I

Доминируй^? группы мезофауни в лесных культурах

р

и ни пашне, окз/м"

Группы ! Кедр ¡Лиственница? Осипа ! Сосна ! Кереяа ! Ель ! Пашня

животных ! М УД! М М УД! !.! М М V.*

ЬитЪг1с1йав 2,3 152 3,7 135 11,6 58 2.7 58 20,3 71 4- к V

ЕпсЬукгаоЫпс 6,7 76 100,3 50 46,1 136 1,6 119 53,1 76 20,3 135 6,7 151

ЫМюМотогрЬа 0 + 2,6 62 + + 1.1 163 1,0 170

веорЬИ ошогрЪа 1,4 166 1.4 114 + 1,0 180 1,9 89 + ♦

Сос1с1оту11авв(])27,0 255 4- 4,1 159 + 1,6 206 » +

Миас1г]яе (1) 1.7 210 42,0 249 2,6 146 + 3,1 26У + +

СагаМйав (!) + 4 + 1.1 164 + ♦ 2,6 119

8ЪарЛуПпМае{1* 1.П1) 3,3 112 7,9 105 9,0 71 2,6 96 3,9 54 3,9 108 1,0 100

331а1;егМао (1+ 3.1 07 1,3 85 4,1 ВО 5,0 74 5,0 51 2,9 75 1,4 93

1т)

СигсиНстМячО »-1га)» 10,9 61 3,0 77 1.4 129 17,6 40 4,0 65 4-

к 2

- сррдннп численность < I экэ/м

коэффициенты изменчивости свидетельствуй! о начальных стадиях формирования зоокошшекеов, характерных для лесных сообществ.

Почвообразовательный потенциал беспозвоночных тесно связан с их трофической специализацией. Особое значение в процессах трансформации поступающего растительного материла и формирования профиля почв шест салрофаги. Анализ формирз'д-щихся сообществ покапал, что за последние 10 лет проиэраста-кия культу доля сьпрсфагов в трофической структуре зооцено-бов возросла в 2-Ь раза и составляет: для лиственных культур-58-64Й, для хвойных - 35-492Î. На долю фитофагов приходится 13-34Й оощей плотности и наибольшее количество их (4&%,) характерно для сообщества под культурами сосны, .Поля зоофагов составляет 11-Ъ1%.

Анализ вертикального распределения почвенной мезофауты свидетельствует о том, что наибольшей плотностью населения характеризуются верхние (О-Юск) слои почвенного профиля, наименьшей - подстилка к наккие слои почвы под всеми культурами.

Изучение сезонной динамики почвенге-эс беспозвоночных показало, что основные пики плотности мезофаунк приходятся на весенний и осенний периоды, что обусловлено различиями г дй-нямике поетушенкя и разложения органики, гидротермическкм режимек, а также внутренним ритмом жизни микрофлоры и педобе-онтов.

Коэффициент сходства по обилг.ю - lin. (Чернов, 1971) зоо-кошлексов под исследуемыми культурами с недокомплектом пашни довольно точно отражает степень сходства формирующихся сообществ и сообщества первоначального субстрата, характеризующегося кестабилькосты«. Так, в культурах осины, сосны, кедра и ели он составляет 12,6-22,3; в культурах лиственницы и березы всего 7,1 и 11,8 соответсьенно.

ГЛАВА 4. РОЛЬ ПОЧВЗШЬК ВЕСПОЗВОгЮЧНЖ Б ТРАНСФОГСАЦ^ ОРГАНИЧЕСКОГО БЕГСТВА В ЛЕСНЫХ КУЛЬТУРНЫХ БИОГЕОЦШСЗАХ

4.1. Рель почвенной ыеэофауш е трансформации органического вещества подстилок рйгш-чного состава (модельный опыт)

С целью вычленения роли почвенной мезофауни, в частности!

10

сапрофагоз. в деструкции лесных подстилок различного состава

4 трансформации органики был поставлен вегетационный опыт (19о5-19&7гг) с дождевыми червями (оИйосЬде-са. ЬисЬг1с1але,

В вегетационные сосуды помечали по 2,5кг субстрата, в качестве которого использовались относительна стерильные зскрыз-н:-;е псрсды угольных разрезов Яанско-Ачииского топливно—энергетического комплекса (Еугалей и др., 1985). На поверхность породы раскладывалась подстилка из под культур кедра, лиственницы, осины, сосны, оерезы и ели по 50г (сухой зэс) на сосуд. Ез ¿ракдиснный состав соответствовал естественному лсд-культурами на темно-серо Л лесной пзчзе. В хая^днЯ сосуд лсмеазли пс

5 экз. червей с предварительно очиценнши кисэчнинами. В качестве контроля были взяты сосуды с тег« ?.в зариантами пород и подстилок, но без черзей. Сосуды Зыли помелены з естественные условия температуры и влажности.

Анализ еракцлснного состава подстилок после двухлетней окспсзиции показал, что их обгцлй зес уменьшился во всех зав 2-9 раз. Интенсивность влияния дождевых червей на псспеееь; разложения сбус.юзлена качественным соссазсм подстилок. Потеря з весе подстилок произошла глазным образом за счет разложения мягких сракций травы и листьев и состазила для подстилок хвойных пород 60-65'Х, а для лиственных - 70-ЭЗ^. Хзоя б^та слабо затронута деструкцией, т.к. она неохотно используется лзмбрицидлми в качеств" кормового материала. 2 присутствии дочиев&х червей происходило более полное разложение растительных остатков - отдельные фракции подстилки потерял;, '/.ореологические признаки. Креме механического разрушения подстилки черен активизировали деятельность микрофлоры. Так, з сосудах где разложение ергзняпи ало с участием черзей, обдая численность микроорганизмов в 1,5-5 раз вызе, чем з кентвэле. !.:-;ализ собранных копрелитов лямбриццд показал, чте с ни характеризуется 5сль-зЛ численностью микрофлоры, чем подстилка. слу~ат:ая п;:~ей для червей.

При закладке опыта содержание углерода з ."идет: и к ах кедра, лиственницы, осины, сосны, Зерезн и зли составляло остэ, 35, 55, 61, йС и соответственно. Однозначн:га злияния чес-зей на судьоу углерода не проявилось. З.л два года экспсз^дни

в сосудах всех вариантов отмечена потеря углерода в 2-2,5 раза, причем резкое снижение его содержания ярэизоало за первый год разложения. Существенных различий между вариантами с червями и без червей не выявлено, однако хгои деструкции с участием животных органическое вещество достигает белее глубоких стадий разложения. Е сосудах с лшбриццсбыи отмечено перемешивание шшеральной и органической массы и накаплива-кие углерода е породе.

Е результате деятельности дозздевих червей интенсивность поодуиирОЕакия С0£ подстилками в опыте была Eise в 2-5 pas, чей в контрольных вариантах и состаачяла 3ô5 tzr COg/IDr для подстилки кедра, 230 - лиственницы. 435 - осины, 144 - сосны, 564 *- березы, 22.7 i:r С0-,/10г для. подстилки ел::.

Качественный coctse подстилок сказывается на процессах превращения азотсодержащих органических соединений. Tai:, е порвый гол разложения подстилок лиственницы, осины, березы к ели легкогидролизуеиая фракция азота - СлилаЧиего резерва подвижного - б сосудах с лвкбрицидам. была б 1,5-4 раза ниже, чем в контроле, вследствие интенсивной минерализации азота (рис. 2). Образование легкогкдролизуекого азст-а в кедровой и .".основой подстилках причастии червей происходило не менее интенсивно, чем в других опытных вариантах, ко дальней-сая его м».н?.рализаиия была ослаблена и подтверждалась низким содержанием минерального езота в подстилках кедра к сосны (21,7; 25,0 мг/Юиг), что в 1,5-2 раза ниже, чем в подстилках лиственницы, осины, березы и ели. Отмечено, что минерализация оргаикческсго вещества подстилое шла. в основном, до стадии ai'üOHMii'.KiU"'.:. В подстилках культур осикы, лиственницы, березы и ели на второй год экспозиции отмечена активизация китри-фикалионного процесса.

Деятельность дождевых червей благоприятно сказалась на активности (герментоь азотного метаболизма. Так, активность прзтеьзы в вариантах с люмбрицкдаии была в 2,5-4 раза Еыъе, чем ъ контроле к составляла 260,5-437,4 жл.л.ед/1г. Ьо есс:: вариантах с червями возросла активность уреазы, что ссобекнс заметно в подстилках с мягким опацзк березы, где г на состе-?иле 22,6ат n-nk^/ir. что в 1,5-3 раза вьае, чем е других вариантах и в 2,5 раза выше контроля. Ка активность оккелн-

гельно-восстановительных процессов черви кз оказали существенного влияния.

Даугсд;гчное разложение подстилок дезщевьвш червями показ ало, что процессы трансформации органического вещества чер-2лмл наиболее интенсивно протекает в первый год разложения,на зторсЯ год активность деструкшонных процессов ослабевает.

4.2. Соотношение участия лсчвзнкьтс мезофауны и к:икро-глори з трансформации подстилок под лесными культурами,

Скорость трансформации органического вещества почвенными беспозвоночными зависит главным образом чв ;т количества поступавшего растительного материала, а от его качественного состава. Гак, максимальные запасы подстил::;! зафиксированы в культурах лиственницы, сосны к кедра: 1325,129^,1164 v/u .минимальные - ели, березы и осины: 349 , 448 , 662 г/м**, соответственно. Взаимосвязь между плотностьс мезофауны и запасами подстилки в культурах отсутствует и коэффициент хорраллцки (г! мг.-аду этими показателями не превышает 0,22.

Изучение строения зодстилки показало, что 5олее b&cokjjsi темпами деструкции характеризуются лиственние культуры, где вследствие комплексного воздействия мезофауны и микрофлоры происходи-!? интенсивная минерализация практически все Л поступающей за вегетационный период органики и коэффициент разложения подстилок 'Kd) осину и березы составляет 1,6 и 1,7. В подстилках хвойных культур процессы трансформации опадо-подс-тилхи замедлены и .для подстилок ели, кедра и сосны КсЫ 3,7; 3,9; 4,1 соответственно. Основными агентами трансформации органического вещзства в этих культурах являются микроорганизмы, что подтверждают данные по плотности зоо- и митсробсценозов (ряс. I). В культурах лиственницы, где Ш= 5,0, несмотря на зау.едленные темпы первых стадий дестругдионкых процессов, последующая трансформация органических остатков идет достаточно быстро, вследствие высокой плотности почвенных мезофауны и микрофлоры.

Почзеннзя биота, синтезируя и аккумулиюуя продукты распада поступающей в процессе биологического круговорота органики, является залным ¿актором гумусонакоялени*. Бо всех культурен

Г4

отмечена связь меадг содержаниям гумуса и плотностью беспозвоночных: в культурах березы, лиственницы и осины, соответственно, г = 0,70; 0,50; 0,-54; в культурах сосны, кедра и елиг = 0,41; 0,14; 0,16.Под березой преобладай? процессы минерализации и когффициоит гумификации составляет 50.9. Нвлоолес вксо-тгкй коэрфицилн? гумификации отмечен для культу с-сикы, сосны V; лиственницы - 55,2; 58,2; 59,5.

Мтфсморфзлогииеские исследования такхе указывает на ак-тнъную .деятельность почвенной кезо.Тдукы. В почве под культурами березы, лиственницы и осины отмечено высокое содержание копрояитоь, оОогиценных тсда.м формами гумуса. 3 почве под культурой'цедра, сосны и, особенно, ели гзделяатся практически не з&тронуть'э деятельность» мезофэзтш слабо- и оредке-мнкерализовакные остатки хвои.

Почвенные организмы активно участвуют в трансфорча;;::и органических азотсодержащих соединений. Лак известно, наибользуя гктатеяьную ценность для беспозвоночных-сахфо ;агэв представляет растительное остатки с ьксокнм содержанием азота. Так, высоким содержанием азота характеризуются подстилки культур лиственницы (11Ь1;мг/100г) и березы {Ю£0мг/1С0г), наиболее кизким-с-лн (^г/10№).

Обогащение аккумулятивных горизонтов почвы валовым азотом происходит причастии почвенной фауны. Она механически перемешивает полуразложившиеся растительные частицы подстилки с минеральной пастью гючвы. Больное количество азота поступает с биомассой и окскр-зкеитами педобионтов. Однако, наиболее тесная св'-'зь сс.псркания как валового, так и легкогидролпзуи.того азота отмочена для плотности микрободенозоз (г= -0,4Э-(-0,70), для мезефаукы зта связь значительно слабее (Г = -0,04-0,44). Роль кезоф-а^-ны заключаете;« главном образом в езимуллции микроорганизмов, участвующих в круговороте азота. Об энергии шнерали-затлионгого процесса под культурами свидетельствует величина соотношения количеств:-! микроорганизмов, использующих минеральный ьзот (КАЛ), к количеству микроорганизмов, использующих органический аэст (Ш1А):

Кедр Лиственница Осипа Сосна Береза Ель Пашня зЛ 2,9 4.0 2,4 1,7 3,4 2,4

МЧА

Низкий коэффициент 1шнгрАлиз<*ции г> почве под березой (1,7) ука-

зывает ка то, что основными агентеми трансформации органики здесь яеляэтся беспозвоночные-сапрофагк.

Б целом, минерализация органических азотсодержащих соединений в исследуемых БГЦ осуществляется достаточно интен-сибно к на минеральный азот приходится около 70» легкепщро-л;:зуемэ£|г,ракпии (табл. 2). Трансформация азотсодержащих соединений осуществляется до образования нитратов. Различия в содержании минерального азота мезду культурами несущественны.

Интенсивность трансформации органики находится в тесной связи с ферментативной активностью подстилок к почвы (табл.З). Установленные корреляционные сеязи показали, что активность ферментов имеет главным образом микробиологическое происхождение (Г = 0,42-0,31). Активизация микробиальной деятельности связана с симбиотеческими комплексами микрофлоры и беспсз-воночных-сапрофагов. Значения г (0,22-0,64) плотности зоо- и микребопенззов обусловлены косвенным влиянием животных на жизнедеятельность микробов (механическое измельчение органического материала, активизация микрофлоры в г;глудках к экскрементах беспозвоночных).

Сумыарныы показателе« напряженности биологических процессов в подстилках и почве является способность почв продуцировать углекислоту. По интенсивности выделения С0£ культуры образуют следующий ряд: береза>осина>лиственница*кедр> едь*сосна. Участие почвенных сапрофагог в процессах "дыхания" незначительно и проявляется также опосредованно, как и при активизации ферментативных процессов (г =0,05-0,47).

Мезсгдуна повышает подвижность таких важных элементов питания как фосфор и калий. Отмечена связь мевду плотностью почвенной мезофауны и их содержанием. Наиболее сильно содержание подвижного фосфора коррелирует с педофауной под культурами осины и березы - г= 0,57;С,5Э; под хвойными культурам;: г= 0,09-0,54. Содержание подвижного калия под всеми культурами коррелирует с плотностью мезофауны - Г= 0,27-0,82. Наиболее тесная связь отмечается для лиственных культур, где наблюдаются высокие темпы трансформации и минерализации поступающего органического вещества.

Таким образом, проведенные исследования показали, что скорость и направленность деструкционных процессов в формирующихся культурбиогеоценозах зависят от качественного состава

Таблица

Содержание углерода и азота в почва под лослими ¡гульгурами,

(О - 30см)

Культури

С,/

1>*

С: !логкогидролизуеиий! азот

н-ии,

подиижный а:шт

!мг/100г!$ от вало-!ш'/100г!Й от легкогид-!мг/ЮОг!$ от лег-

БОГО ролизуемого когидро, зуемого

1^ДР 4,7 0,23 23,9 10,0 4,7 1,9 17,6 5,1 47,2

Лиственница 5,4 0,27 .23,4 12,3 4,6 2,3 16,7 6,4 52,0

Осина 4,7 0,21 22,4 11,0 5,2 2,0 10,2 5,0 45,5

Сосна 3,8 0,16. 21,1 9,8 5,4 1,7 17,3 5,0 51,0

Береза 3,9 0,18 21,7 10,2 5,7 1,9 18,6 5,0 49,0

Ель 4,2 0,21 20,0 10,1 4,8 1,9 1В, а 5,0 49,5

Контроль:

Пашня 3,5 0,15 23,3 8,8 5,9 1,5 17,0 5,3 60,0

Таблица 3

Основные показатели биохимической активности в лесных культурах

Культуры 'Каталаза, Шоотеаза,! Ур-лйза, !"Дыхание", !Целл;о-мл 0? жл.л.ед/г «-»ГШд мг/г СО., кг/Юг лозо-с разложе-

ние , % за один вегетационный

__.__________ ...... ,....... период

Кедр

подстилка 9,9 25,9 2,40 103,9 к

почва 5,2 16,5 0,46 9,1 27,1

Лиственница

подстилка 16,2 45,0 3,20 109,1

дсчва 4,0 15,8 0,55 10,1 39,8

Осина

подстилка 30,8 92,4 3 у 126,0

аочва 3,9 15,8 0,45 8,1 31,9

Сосна

подстилка 13,1 43,1 1,70 91,1

почва 2.7 16,2 0,29 8,0 10,9

Береза

подстилка 16,3 76,2 3,37 129,7

почва 3,6 16,5 0,32 8,1 32,3

Ель

подстилка 11,0 29,2 3,00 95,3

почва 2,8 11,4 0,20 7,е 19,9

Контроль:

Пашня 4,1 13,7 0,19 7,7 28,0

- обций показатель для подстилки и почвы

поступающего органического зешества, а не от его запасов. Доля участия в этих процессах мезо£ауны и миетгафзовы также определяется качеством растительных остатков.

глаза 5. зза^осзязь плотности почеекксл :езо«аукы и некоторых ЗКОЛСГ/яескк 'факторов в лесных

культурах

На основании проведенных исследований была сделана попытка построения математической модели. Цель регрессионного анализа - оценить злляние различных экологических факторов на плотность почвенной мезофаунм пол лесными культурами.

Из всей совокупности факториальных признаков были выбраны те, которые наиболее сильно влияют на формирующиеся под различными лесными культурами зоокомплэксы: запасы подстилки - Хр глубина миграции беспозвоночных в почве - Х2, содержание гумуса - Хд, температура почвы - Х^, запасы влаги в почве - Х^.

Полученные уравнения действительны только для почзенных горизонтов и свидетельствуют о тем, что плотность мезс.Ёаукы (У) слабо связана с выбранными бактериальными признакам: Кедр: У =141,37 -0,03^ -42,52Ц X., -14,ЭЛХ3 -3,11л, +о,02Х-

Г =1.2 Г2 =0,04 Лиственница; У =-93,15 -0,10ХГ -4,05^ Х2 +32,57Х3 +4,44Х44-2,73*5

Г =2,2 г2 =0,22 Осина: У =-39,97 +0,12ХТ -28,77^ ХР +7,94Х3 -1,70ХД ^.СбХд

I =4,4 г2 =0,45 Соска: У =-10,46 +0,01Х1 -2,44&^ Х0 Т2,09Х. +-0,09Х4 10,09X5

Г =6,2 С2=0,64 ' °

Береза: У =-9,60 +0,02ХТ -17,с5ЦХ2 +21.30Х3 -гО,о1Х4-1,13Х5

Г=4,2 Г2 =0,43 ЕЛЬ: У =15,14 -0,02Хт -14,13бвдХ2 -о,76Хч +4,7К4 +0,70Х5 Г =5,1 г2 =0,50

Плотность мезоФаукы под культура!,и бевезы, осины, ели и сосны на 43-6475 езязана с зызранными зкэлогическ;гми ¿актерами. Под культурами лиственницы эта связь составляет вса"о 223.Под культурами кедра сна практически отсутствует.

Построенные уравнения свидетельствуют о тем, что существует более сильные факторы среды, оказывающие влияние на фор-

мкровакке почвенных зоокомплексов под лесными культурами. Кап показывают натурные наблюдения, такой тактор как качество подстилок, их предпочитаемость беспозвоночными б качестве корма является наиболее важным и значимым для формирования педофау-ны в одинаковых почвенно-экологических условиях. Однако, до ■настоящего времени не разработаны четкие критерии оценки подстилки с этой точки зрения с целью использования их в построении математической модели.

Проведенный регрессионный анализ показал изменение значимости выбранных экологических факторов для формируЕлкхся комплексоь мезофаукы и подтвердил здификаторную роль древесных пород б формировании экологической среды.

ЗАЮЮЧйШЕ

На основании проведенных исследований можно сделать следушие выводы:

I.Произрастание культур кедра, лиственницы, осины, сосны, березы к ели на темно-серых лесных почвах в одинаковых экологических условиях привело к увеличению, в сравнении с пашней как с контролем, общей численности лочвенной мезофау-кы и группового разнообразия беспозвоночных. Б тропической структуре зоокомплексов доле салрофагов возросла с 15-30» (в первые 10 лет развития культур) до 5о-64л - для лиственных культур и до 35-432 - для хвойных. Преобладание сапрофагов свидетельствует о формировании зооценозов, типичных для лесных сообществ.

¿.Выявленные педокомплексы мезофаукы е лесных культурах характеризуются невысоким разнообразием (для лиственных культур - 20-23, для хвойных - 15-16 таксономических групп) и большой пространственно-временной изменчивостью 0/=42-176%), что свидетельствует о неустойчивости комплексов беспозвоночных на начальных этапах своего формирования.

3.Качественный и количественный составы почвенной мезо-фауны е лесных БГЦ определяются ке запасами органического вещества, служашего основным источником пищк, а его качественными характеристиками. Обогащенные азотом подстилки лиственницы, березы к осины обусловливают увеличение доли ЬшгЪ -х!с1<1ае. Еое£угга«1г1ве к других сапрофагов в составе педо-комплексоЕ беспозвоночных.

4.Интенсивность влияния почвенных беспозесночных-сап-рсфагоз на скорость разложения растительных остатков также определяется их качественным составом- Б модельном опыте

за два года потеря з несэ псдстилск лиственных перед соста-зила 70-90Й, хвойных - липь 60-65:?. 3 естественных условиях более зыезкиыи темпами деструктсм характеризуются подстилки лиственных культур, особенно березы, где вследствие комплексного воздействия почвенных мезофауны и микрофлоры происходи интенсивная минерализация практически всей посгу-паз~еЛ за вегетационный период органики (К<1=1,5-1,7). В хвойных культуроисгеоценсзах темпы трансформации растительны:: остатков несколько ниже (К<£=3,7-5,0), причем основными агентами дзетрукпионных процессов в культурах кедра, сосны л ели являются микроорганизмы. В культурах лиственницы. несмотря на замедленные темпы первых стадий разложения, пос-ледуяцал трансформация органических остатков идет достаточно быстро, вследствие высокой плотности почвенных зоо-и микро-бсценозов.

5.Модельный опыт показал, что а присутствии беспоззо-ночных-сапрофагов происходит более полное разложение органического материала зследствии как механического раяруп-эни.т растительных остатков, так и активизации микрофлоры: численность микроорганизмов а вариантах с дождевыми червями з 1,5-5 раз зыше, чем з вариантах <5ез червей.

6.Почвенные беспозвоночные способствуют накоплении гумуса (Гмах=0,7С), увеличивают подвижность азота (Гмах=0,53), фосфора ^мах=0.59) и калия (£*мах=0,82).

7.Почвенная мезефауна оказывает опосредованнее влияние на формирование ферментативной активности подстилок и почз поз лесными культурами. Основными агентами формирования биохимической активности язляются микроорганизмы Х=0,42" 0,91).

3.Качественная и нсличзствэнная характеристики педс-хсмплэксов мезофауны могут быть использованы в качестве биологического тзета изменения направленности процессов почвообразования.

9.Путем подбора видового состава древесных культур открывается возможности регулирования процессов почвообразования с цель л повышения продуктивности искусственных лгскьгх экосистем

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1.Рсль дождевых червей е разложении азотсодержащей орга-

шги//Изучение лесных биогеоценозов.-Красноярск, 1529.-С.6-7.

„г - отвалов

¿.Роль педобионтов б повышении плодорогкяуугольных раз-

резоЕ КА?ЭКа//Мслодке ученые - лесному хозяйству.-Ыат-лы XI н.-т .конф.молод.ученых у, асакр. ,1985г. , Пушкине.-1£:ВНй1'1И, 1989.-С.59-61.'

3.Роль дождевых червей в минерализации азотсодержащей ор-гакики/Лез.докл.УШ Всесоюз.съезла почвоведов,1989г.,Книга 2.-НоЕоскбирсЕ, 1953.-С.207.

4.£>армирование к свойстве подстилки в исскуственных лесных 5иогеспенозах//йтоги изучения лесов Дальнего Востока и задачи интенсификации многоцелевого лесопользования.-Регион, к.-п.конф.,1969г.-Хабаровск, 1989.-С.77-78. 1в соавторстве с З.й'.ВедрэБОй, Л.С.П'угнлей'!

5.Роль докдевых червей е трансформации органического ве-пкства//Плодородие почв Восточной Сибири.-Новосибирск, 1991.3.54-51.

6.Формирование комплексов мезоФаукы под различными древесными культурами на темно-серых лесных почвах//Проблемы почвенной зоологии.-¡¿ат-лы докл.Х Всесоюз.совещания, 1991г.- Новосибирск, I99I.-C.220.

7.Изменения в комплексах мезафауны при формировании лес-ких биогеоценсэов//Лесоведение (е печати)

8.Экспериментальное изучение роли дождевых червей в минерал и ь алии азотсодержащей оргакики//сжологик (в печати).

Типография Красноярского Научного Центра Заказ 42 . Тираж 100 еюз.