Почтовый адрес: САФУ, Редакция «Лесной журнал», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002, ауд. 1425

Тел.: 8(8182) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/ 
e-mail: forest@narfu.ru

RussianEnglish



архив

Микробиологическая оценка состояния почвенного покрова агролесомелиоративных ландшафтов Каменной Степи

 Версия для печати

М.Ю. Сауткина, Ю.И. Чевердин

Рубрика: Лесное хозяйство

Скачать статью (pdf, 0.4MB )

УДК

631.46

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.6.62

Аннотация

Содержание микробной биомассы является наиболее информативным индикаторным признаком для ранней диагностики состояния почв. Почвенные микроорганизмы поддерживают гомеостаз лесных экосистем благодаря уникальной способности быстро адаптироваться к меняющимся условиям среды. В статье представлены результаты микробиологической оценки почв, проводимой в рамках комплексных мониторинговых исследований лесных экосистем Каменной Степи. В качестве объектов служили различные объекты агролесомелиоративного стационара: залежь косимая 1882 г.; лесная полоса № 40 1903 г. закладки, расположенная на водораздельном участке; лесная полоса № 133 1950 г. посадки; лесная полоса № 131 1959 г. посадки. Дополнительно в схему исследований были включены пахотные участки, прилегающие к лесным полосам № 40, 133 (водораздел, склон). Целью исследования являлось определение биологической активности почв Каменной Степи, а также направленности и интенсивности почвенно-биологических процессов при агролесокультурном обустройстве территории. Общую численность и структуру эколого-трофических групп микробного сообщества определяли по методике Е.З. Теппер путем высева на плотные питательные среды. Показано, что почвенный покров под древесными насаждениями характеризуется более высоким содержанием аммонификаторов и актиномицетов. Интенсивное сельскохозяйственное использование земель существенным образом снижает интенсивность микробиологических процессов. Проведенные исследования позволяют утверждать, что наиболее благоприятные условия для развития микромицетов складываются в почвах под древесной и аборигенной степной растительностью. Вовлечение черноземов в активное сельскохозяйственное производство приводит к снижению численности грибной микрофлоры. Выявлено повышенное содержание нитрификаторов на пахотных участках. Угодья с древесной растительностью и степными ценозами имели меньшие показатели и несколько уступали агрогенным почвам. Ежегодная обработка почв имеет решающее значение и способствует увеличению активности колоний бактерий рода Azotobacter на пахотных участках. Под древесными культурами и степной растительностью в большинстве случаев она значительно меньше, для исследуемых почв рассчитаны коэффициенты минерализации. В связи с тем, что данные коэффициенты во всех исследуемых объектах выше единицы (за исключением поля, находящегося под озимой пшеницей и граничащего с лесополосой № 133), можно сделать вывод, что процессы минерализации почвенного органического вещества преобладают над разложением органических остатков.
Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания Всероссийского научно-исследовательского института лесной генетики, селекции и биотехнологии.

Сведения об авторах

М.Ю. Сауткина1, канд. с.-х. наук; ORCID: 0000-0001-9244-1177
Ю.И. Чевердин2,3, д-р биол. наук; ORCID: 0000-0002-9905-0547
1Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии, ул. Ломоносова, д. 105, г. Воронеж, Россия, 394087; e-mail: sautmar@mail.ru
2Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, д. 81, кв. 5, пос. 2-го участка Института им. В.В. Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., Россия, 397463; e-mail: cheverdin62@mail.ru
3Каменно-Степное опытное лесничество, д. 64а, кв. 3, пос. 2-го участка Института им. В.В. Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., Россия, 397463; e-mail: cheverdin62@mail.ru

Ключевые слова

лесные полосы, агролесомелиоративный комплекс, микробный пул, биологическая активность почв

Для цитирования

Сауткина М.Ю., Чевердин Ю.И. Микробиологическая оценка состояния почвенного покрова агролесомелиоративных ландшафтов Каменной Степи //
Лесн. журн. 2019. № 6. С. 62–78. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.62

Литература

  1. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. Л.: Наука, 1980. 187 с. [Aristovskaya T.V. Microbiology of the Processes of Soil Formation. Leningrad, Nauka Publ., 1980. 187 p.].
  2. Богородская А.В. Микробиологическая оценка состояния антропогенно нарушенных лесных экосистем Средней Сибири // Сиб. лесн. журн. 2016. № 2. С. 71–84. [Bogorodskaya A.V. Microbiological Assessment of Technogenically Disturbed Forest Ecosystems in Central Siberia. Sibirskij Lesnoj Zurnal [Siberian Journal of Forest Science], 2016, no. 2, pp. 71–84]. DOI: 10.15372/SJFS20160207
  3. Большой практикум по микробиологии / Т.В. Аристовская и др.; под общ. ред. Г.Л. Селибера. М.: Высш. шк., 1962. 491 с. [Aristovskaya T.V. Large Workshop on Microbiology. Ed. by G.L. Selibera. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1962. 491 p].
  4. Василенко Е.С., Кутовая О.В., Тхакахова А.К., Мартынов А.С. Изменение численности микроорганизмов в зависимости от величины агрегатов гумусового горизонта миграционно-мицелярного чернозема // Бюл. Почв. ин-та. им. В.В. Докучаева. 2014. Вып. 73. С. 85–97. [Vasilenko Ye.S., Kutovaya O.V., Tkhakakhova A.K., Martynov A.S. Changes in the Intensity of Soil-Biological Processes Caused by Different-Sized Aggregates of Migrationary-Mycelial Chernozems. Byulleten Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva [Dokuchaev Soil Bulletin], 2014, no. 73, pp. 85–97]. DOI: 10.19047/0136-1694-2014-73-150-173
  5. Виноградский С.Н. Микробиология почвы. Проблемы и методы. Пятьдесят лет исследований. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 792 с. [Vinogradskiy S.N. Microbiology of Soil. Problems and Methods. Fifty Years of Studies. Moscow, AN SSSR Publ., 1952. 792 p.].
  6. Дорохова М.Ф., Исаченкова Л.Б. Биологическая активность дерново-подзолистых почв под разными типами леса // Вестн. МГУ. Сер. 17: Почвоведение. 1999. № 1. С. 59–63. [Dorokhova M.F., Isachenkova L.B. Biological Activity of Sod-Podzolic Soils under Different Types of Forests. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17: Pochvovedeniye [Moscow University Soil Science Bulletin], 1999, no. 1, pp. 59–63].
  7. Демаков Ю.П., Нуреев Н.Б. Биологическая активность почв лесных биогеоценозов Среднего Поволжья // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2018. № 4(40). С. 21–33. [Demakov Yu.P., Nureev N.B. Bioactivity of Soils of Forest Biogeocenoses in Middle Volga Region. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol’zovaniye [Bulletin of the Volga state technological University. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management], 2018, no. 4(40), pp. 21–33]. DOI: 10.15350/2306-2827.2018.4.21
  8. Евграфова С.Ю. Гетеротрофные микроорганизмы в почвах искусственных лесных биогеоценозов южнотаежной подзоны Красноярского края: дис. … канд. биол. наук. Красноярск, 2001. 127 с. [Evgrafova S.Yu. Heterotrophic Microorganisms in the Soils of Artificial Forest Biogeocenoses of the Southern Taiga Subzone of the Krasnoyarsk Krai: Cand. Biol. Sci. Diss. Krasnoyarsk, 2001. 127 p.].
  9. Колесниченко М.В. Лесомелиорация с основами лесоводства: учеб. 2-е изд., переб. и доп. М.: Колос, 1981. 335 с. [Kolesnichenko M.V. Forest Reclamation with the Basics of Forestry. Moskow, Kolos Publ., 1981. 335 p.].
  10. Королёва И.Е., Лебедева И.И., Гребенников А.М. Гумусное и азотное состояние целинных пахотных черноземов // Бюл. Почв ин-та им. В.В. Докучаева. 2013. Вып. 71. С. 27–35. [Koroleva I.E., Lebedeva I.I., Grebennikov A.M. Humus and Nitrogen State Virgin and Cultivated Chernozems. Byulleten Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva [Dokuchaev Soil Bulletin], 2013, no. 71, pp. 27–35].
  11. Кутовая О.В., Гребенников А.М., Тхакахова А.К., Исаев В.А., Гармашов В.М., Беспалов В.А., Чевердин Ю.И., Белобров В.П. Изменение почвенно-биологических процессов и структуры микробного сообщества агрочерноземов при разных способах об работки почвы // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 35–61. [Kutovaya O.V., Grebennikov A.M., Tkhakahova A.K., Isaev V.A., Garmashov V.M., Bespalov V.A., Cheverdin Yu.I., Belobrov V.P. The Changes in Soil-Biological Processes and Structure of Microbial Community of Agrochernozems in Conditions of Different Ways of Soil Cultivation. Byulleten Pochvennogo instituta imeni V.V. Dokuchaeva [Dokuchaev Soil Bulletin], 2018, no. 92, pp. 35–61]. DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-35-61
  12. Лебедева И.И., Чевердин Ю.И., Титова Т.В., Гребенников А.М., Маркина Л.Г. Структурное состояние миграционно-мицелярных (типичных) агрочерноземов Каменной Степи в условиях разновозрастной пашни // Почвоведение. 2017. № 2. С. 227–238. [Lebedeva I.I., Cheverdin Y.I., Titova T.V., Grebennikov M.A., Markina L.G. Structural State of Migrational-Mycelial (Typical) Agrochernozems of the Kamennaya Steppe on Plowed Fields of Different Ages. Pochvovedeniye [Eurasian Soil Science], 2017, no. 2, pp. 227–238. DOI: 10.7868/S0032180X17020095
  13. Мерзленко М.Д., Бабич Н.А. Лесоводство. Искусственное лесовосстановление: учеб. для бакалавриата и магистратуры. М.: Юрайт, 2017. 244 с. [Merzlenko M.D., Babich N.A. Forestry. Artificial Reforestation: Textbook for Bachelor’s and Master’s Programs. Moscow, Yurayt Publ., 2017. 244 p.].
  14. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с. [Methods of Soil Microbiology and Biochemistry. Ed. by D.G. Zvyagintsev. Moscow, MGU Publ., 1991. 304 p.].
  15. Минин А.А., Неронов В.М. Климат и проблемы сохранения биоразнообразия в пределах Сахаро-Гобийской пустынной области. Сообщение 1. Тенденции современных климатических изменений // Проблемы освоения пустынь. 1996. № 3. С. 3–10. [Minin A.A., Neronov V.M. Climate and Biodiversity Conservation Problems within the Sahara-Gobi Desert Area. Report 1. Trends in Modern Climate Change. Problemy osvoyeniya pustyn’ [Problems of Desert Development], 1996, no. 3, pp. 3–10].
  16. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология: учеб. М.: Агропромиздат, 1987. 368 с. [Mishustin E.N., Emtsev V.T. Microbiology. Moscow, Agropromizdat Publ., 1987. 368 p.].
  17. Никитина З.И. Микробиологический мониторинг наземных экосистем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 219 с. [Nikitina Z.I. Microbiological Monitoring of Terrestrial Ecosystems. Novosibirsk, Nauka. Siberian Branch Publ., 1991. 219 p.].
  18. Павловский Е.С. Развитие защитного лесоразведения в Каменной Степи в советское время // Лесные полосы Каменной Степи: сб. ст. Воронеж: Центр.-Чернозем. кн. изд-во, 1967. С. 183–259. [Pavlovskiy E.S. Development of Protective Afforestation in the Kamennaya Steppe during the Soviet Period. Forest Belts of the Kamennaya Steppe: Collection of Academic Papers. Voronezh, Tsentral’no-Chernozemnoye knizhnoye izdatel’stvo, 1967. pp. 183–259].
  19. Петров П.Г., Скачков Б.И. «Особая экспедиция» В.В. Докучаева и развитие агролесомелиоративных исследований в Каменной Степи // Агролесомелиоративные исследования в Каменной Степи: науч. тр. Каменная Степь: Изд-во НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева. 1981. С. 4–10. [Petrov P.G., Skachkov B.I. “Special Expedition” by V.V. Dokuchaev and Development of Agroforestry Research in the Kamennaya Steppe. Agroforestry Studies in the Kamennaya Steppe: Academic Papers. Kamennaya Steppe, NIISKh TsChP im. V.V. Dokuchayeva Publ., 1981, pp. 4–10]
  20. Постовалов А.А., Немирова Н.А. Микробиологическая активность чернозема, выщелоченного при внесении минеральных удобрений // Вестн. Курган. гос. ун-та. Сер.: Естеств. науки. Вып. 2. 2009. № 1(15). С. 29–30. [Postovalov A.A., Nemirova N.A. Microbiological Activity of Chernozem Leached on Application of Mineral Fertilizers. Vestnik Kurganskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennyye nauki, vypusk 2, 2009, no. 1(15), pp. 29–30].
  21. Редько Г.И., Трещевский И.В. Рукотворные леса. М.: Агропромиздат, 1986. 240 с. [Red’ko G.I., Treshchevskyi I.V. Artificial Forests. Moscow, Agropromizdat Publ., 1986. 240 p.].
  22. Сауткина М.Ю. Влияние ассоциативных биопрепаратов на плодородие чернозема обыкновенного и урожайность озимого тритикале в условиях юго-востока ЦЧЗ: дис. … канд. с.-х. наук. Каменная Степь, 2016. 202 с. [Sautkina M.Yu. The Effect of Associative Biopreparations on the Fertility of Ordinary Chernozem and Productivity of Winter Triticale in the Southeast of Central Black Soil Nature Reserve: Cand. Agric. Sci. Diss. Kamennaya Steppe, 2016. 202 p.].
  23. Сауткина М.Ю., Кузнецова Н.Ф., Тунякин В.Д. Современное состояние полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого (Quercus robur L.) в Каменной Степи // Лесохоз. информ.: электрон. сетевой журн. 2018. № 1. С. 78–89. [Sautkina M., Kuznetsova N., Tunjakin V. Current State of Forest Shelter Belts with Predominance of Oak (Quercus robur L.) in the Stone Steppe. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2018, no. 1, pp. 78–89]. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2018.1.07
  24. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для вузов. М.: Дрофа, 2004. 256 с. [Tepper E.Z., Shil’nikova V.K., Pereverzeva G.I. Workshop on Microbiology: Textbook for Universities. Moscow, Drofa Publ., 2004. 256 p.].
  25. Титова В.И., Козлов А.В. Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества: науч.-метод. пособие. Н. Новгород: Нижегород. гос. с.-х. акад., 2012. 64 с. [Titova V.I., Kozlov A.V. Methods for Assessing the Functioning of the Soil Microbiocenosis Involved in the Transformation of Organic Matter: Scientific and Methodological Manual. Nizhny Novgorod, NNSAA Publ., 2012. 64 p.].
  26. Хитров Н.Б., Чевердин Ю.И. Изменение почвенного покрова Каменной Степи: от В.В. Докучаева до наших дней // Докучаевское наследие и развитие научного земледелия в России: сб. науч. докл. Всеросс. науч.-практ. конф., посвящ. 125-летию организации «Особой экспедиции лесного департамента по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях южной России», Каменная Степь, 27-28 июня 2017 г. Воронеж: Истоки, 2017. С. 88–96. [Khitrov N.B., Cheverdin Yu.I. Changing the Soil Cover of the Kamennaya Steppe: From Dokuchaev to the Present Day. Dokuchaev Heritage and Development of Scientific Agriculture in Russia: Collection of Scientific Reports of the All-Russian Scientific and Practical Confersnce Dedicated to 125th Anniversary from the Arrangement of the “Special Expedition of the Forest Department for Testing and Recording of Various Methods and Techniques of Forestry and Water Management in the Steppes of Southern Russia”, Kamennaya Steppe, June 27–28, 2017. Voronezh, Istoki Publ., 2017, pp. 88–96].
  27. Царева Р.П. К вопросу о защитном лесоразведении в РФ // Современная лесная наука: проблемы и перспективы: материалы Всерос. науч.-практ. конф., Воронеж, 20–22 дек. 2017 г. Воронеж: Истоки, 2017. С. 224–229. [Tsareva R.P. On the Issue of Protective Afforestation in Russia. Modern Forest Science: Issues and Prospects. Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference, Voronezh, December 20–22, 2017. Voronezh, Istoki Publ., 2017, pp. 224–229].
  28. Чевердин Ю.И., Сауткина М.Ю., Вавин В.С. Агроэкологические особенности состояния почвенного покрова в лесокультурном ландшафте «Каменная Степь» // Современная лесная наука: проблемы и перспективы: материалы Всерос. науч.-практ. конф., Воронеж, 20–22 дек. 2017 г. Воронеж: Истоки, 2017. С. 230–235. [Cheverdin Yu.I., Sautkina M.Yu., Vavin V.S. Agroecological Features of the Soil Cover State in the Silvicultural Landscape “Kamennaya Steppe”. Modern Forest Science: Issues and Prospects. Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference, Voronezh, December 20–22, 2017. Voronezh, Istoki Publ., 2017, pp. 230–235].
  29. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A Physiological Method for Quantitative Measurement of Microbial Biomass in Soils. Soil Biology and Biochemistry, 1978, vol. 10, iss. 3, pp. 215–221. DOI: 10.1016/0038-0717(78)90099-8
  30. Anderson T.-H., Domsch K.H. Soil Microbial Biomass: The Eco-Physiological Approach. Soil Biology and Biochemistry, 2010, vol. 42, iss. 12, pp. 2039–2043. DOI: 10.1016/j.soilbio.2010.06.026
  31. Bastida F., Zsolnay A., Hernándeza T., Garcíaa C. Past, Present and Future of Soil Quality Indices: A Biological Perspective. Geoderma, 2008, vol. 147, iss. 3-4, pp. 159–171. DOI: 10.1016/j.geoderma.2008.08.007
  32. Conrad R. Soil Microorganisms as Controllers of Atmospheric Trace Gases (H2, CO2, CH4, OCS, N2O, and NO). Microbiological Reviews, 1996, vol. 60, no. 4, pp. 609–640.
  33. West T.O., Post W.M. Soil Organic Carbon Sequestration Rates by Tillage and Crop Rotation: A Global Data Analyses. Soil Science Society of America Journal, 2002, vol. 66, iss. 6, pp. 1930–1946. DOI: 10.2136/sssaj2002.1930
  34. Winding A., Hund-Rinke K., Rutgers M. The Use of Microorganisms in Ecological Soil Classification and Assessment Concepts. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2005, vol. 62, iss. 2, pp. 230–248. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2005.03.026
  35. Witkamp M. Direct and Indirect Counts of Fungi and Bacteria as Indexes of Microbial Mass and Productivity. Soil Science, 1974, vol. 118, iss. 3, pp. 150–155.
  36. Yan T., Yang L., Campell C.D. Microbial Biomass and Metabolic Quotient of Soils under Different Land Use in Three Gorges Reservoir Area. Geoderma, 2003, vol. 115, iss. 1–2, pp. 129–138. DOI: 10.1016/S0016-7061(03)00082-X
MICROBIOLOGICAL ANALYSIS OF THE SOIL COVER OF THE KAMENNAYA STEPPE AGROFORESTRY LANDSCAPES

M.Yu. Sautkina1, Candidate of Agriculture; ORCID: 0000-0001-9244-1177
Yu.I. Cheverdin2,3, Doctor of Biology; ORCID: 0000-0002-9905-0547
1All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology, ul. Lomonosova, 105, Voronezh, 394087, Russian Federation; e-mail: sautmar@mail.ru
2V.V. Dokuchaev Scientific Research Institute of Agriculture of the Central-Chernozem zone, pos. 2 uchastka Instituta im. V.V. Dokuchaeva, kv. 5, 81, Talovskiy district, Voronezh region, 397463, Russian Federation; e-mail: cheverdin62@mail.ru
3Kamennaya Steppe Experimental Forest District, pos. 2 uchastka Instituta im. V.V. Dokuchayeva, kv. 3, 64a, Talovskiy district, Voronezh region, 397463, Russian Federation; e-mail: cheverdin62@mail.ru

The microbial biomass content is the most informative indicator for early detection of soil condition. Soil microorganisms support the homeostasis of forest ecosystems due to the unique ability of rapid adaptation to changing environmental conditions. The article presents the results of soil microbiological assessment carried out within the framework of comprehensive monitoring studies of the forest ecosystems of the Kamennaya Steppe. The following objects of the agroforestry permanent study area served as options: a mowing fallow of 1882; forest belt no. 40 of 1903 laying out, located on the watershed area; forest belt no. 133 of 1950 planting; and forest belt no. 131 of 1959 planting. Additionally, arable lands adjacent to forest belts no. 40 and 133 (watershed, slope) were included in the research scheme. The research purpose was to determine the biological activity of soils of the Kamennaya Steppe, as well as the direction and intensity of soil and biological processes in agroforestry arrangement of the territory. The total number and structure of ecological and trophic groups of the microbial community were determined by the method of E.Z. Tepper by seeding on solid nutrient media. It is shown that the soil cover under the tree plantation is defined by a higher content of ammonifiers and actinomycetes. Intensive agricultural land use significantly reduces the intensity of microbiological processes. The undertaken studies allow stating that the optimum conditions for the development of micromycetes are formed in soils under woody and native steppe vegetation. The involvement of chernozems in active agricultural production leads to a decrease in the number of fungal flora. A high concentration of nitrifiers was revealed in arable lands. The lands with woody vegetation and steppe cenoses had lower indices and were somewhat inferior to agrogenic soils. Annual soil cultivation is crucial and drives up the activity of bacterial colonies (genus Azotobacter) on arable lands. The activity is much lower under the tree crops and steppe vegetation in most cases. Mineralization coefficients are calculated for the studied soils. Due to the fact that these coefficients in all the studied objects are above one (except the field under winter wheat and bordering the forest belt no. 133), it follows that the mineralization processes of soil organic matter prevail over the decomposition of organic residues.
For citation: Sautkina M.Yu., Cheverdin Yu.I. Microbiological Analysis of the Soil Cover of the Kamennaya Steppe Agroforestry Landscapes. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 62–78. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.62
Funding: The research was carried out within the framework of the state assignment of the All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology.

Keywords: forest belts, agroforestry complex, microbial pool, soil biological activity.

Поступила 05.12.18 / Received on December 05, 2018