Изменчивость биологических свойств черноземов заказника «Каменная степь» на разных элементах палеокриогенного микрорельефа в условиях разного землепользования

Изучаемые нами биологические свойства почв мы разделили на: свойства микробной биомассы, свойства органического вещества почвы и биологическую активность почв. Свойства микробной биомассы отражают состав, размер и активность почвенной микробиоты. В наших исследованиях измеряли содержание углерода микробной биомассы (C мб ), базальное (микробное) дыхание (V basal ) и метаболический коэффициент (qCO 2 ), отражающий степень стресса, испытываемого микробиотой. К свойствам ОргВП мы отнесли его количественные и качественные показатели. Основными из них мы считаем мощность гумусового горизонта, содержание и распределение в почвенном профиле органического углерода (C орг ), фракций потенциально- (C 0 ), легко- (C 1 ), и среднеминерализуемого органического углерода (С 2 ). Содержание C мб мы выделяем как отдельный показатель в связи с тем, что углерод микробной биомассы представлен живыми микроорганизмами.

Под биологической активностью (БА) мы, вслед за Д.С. Орловым, понимаем интенсивность протекающих в ней биологических процессов [11]. Биологическую активность измеряли кинетическим методом определения продуцирования СО 2 , разработанным Л.А. Иванниковой [8, 9]. Метод позволяет разрабатывать кинетические модели минерализации органических веществ в почвах, что, в свою очередь, позволяет определять различные по скорости метаболизма пулы (фракции) эндогенного и экзогенного органического вещества [10].

Результаты исследования. Биологические свойства черноземов участка «Пашня», расположенных на разных элементах микрорельефа, значительно изменяются с глубиной (рис. 1). Распределение Cорг носит аккумулятивный характер с максимумом в горизонте А1. При этом в верхней части гумусового горизонта почвы межблочья содержание Cорг несколько больше (4,3%) по сравнению с почвой на блоке (3,9%), но снижение его с глубиной происходит заметно быстрее.

C орг , %                 C мб , мг/100г

C-CO 2 , мг/100г

qCO 2

Cмб/Cорг                CO2/Cорг

• Блок            Межблочье

о 50

го 100

C 1 , мг/100г

0     5     10

8 50

C 2 , мг/100г

0    50   100

Рис. 1. Ключевой участок «Пашня». Биологические свойства чернозёмов в зависимости от положения в микрорельефе (блок, межблочье). Заказник «Каменная степь»

Содержание C мб в верхней части гумусовых горизонтов почв блока и межблочья на пашне, по-видимому, за счёт длительной механической обработки в процессе распашки, практически не различается (см. рис. 1) и характеризуется крайне низкими значениями (в 4-6 раз ниже, чем на других участках «Каменной степи»). Чернозёмы ключевого участка «Пашня» (см. рис. 1) отличаются крайне низким содержанием фракции С 1 и C мб , что характерно для почв агроценозов. Тем не менее, содержание фракции С 1 в почве межблочного понижения практически во всём профиле выше (почти вдвое), чем в профиле почвы блока. Значения qCO 2 могут служить индикатором хода экологической сукцессии наземной экосистемы [13]. Чем выше значения qCO₂, тем большему стрессу подвержена почвенная микробиота и тем менее устойчива в ней микробная биомасса. Наши результаты (см. рис. 1) показывают, что самые высокие значения qCO 2 приходятся на глубину залегания погребённой почвы. В целом значения qCO₂ почвы блока достоверно (P> 0,05) выше значений почвы меж-блочья.

Показатели, характеризующие биологические свойства почв, подтверждают морфологическую разницу чернозёмов, сформированных на блоке и межблочье ключевого участка «Косимая степь» (рис. 2). В верхней части гумусового горизонта почвы межблочья содержание Cорг несколько меньше (4,5%) по сравнению с почвой на блоке (4,9%). Судя по профильному распределению Cорг гумусовый горизонт в почве на блоке на 60-70 см мощнее, чем в межблочье, однако морфологически эта разница составляет всего 35 см.

Характер изменения БА, представленной как сумма выделившегося С-СО 2 за весь 50-дневный период инкубации (см. рис. 2), показывает, что гумусовый горизонт почвы межблочья отличается меньшей БА по сравнению с гумусовым горизонтом блока. При этом в гумусовом горизонте почвы межблочного понижения происходит более быстрое снижение БА с глубиной.

Основные различия в содержании C орг в чернозёмах на разных элементах микрорельефа ключевого участка «Лесополоса» (рис. 3) сосредоточены в гумусовых горизонтах. Так в верхней части гумусового горизонта межблочья значения C орг достигают 6,0%, а в почве блока – 4,2%. Однако в почве межблочья содержание C орг быстрее снижается с глубиной. Содержание фракций C 1 и C 2 сильно различается в зависимости от микрорельефа (см. рис. 3). В верхней части гумусового горизонта почвы блока преобладает фракция C 1 (содержание в 1,5 раза больше, чем в почве межбло-чья), а в гумусовом горизонте почвы межблочья несколько (на 20%) преобладает фракция C 2 . Максимумы значений C_мб/C_орг в профиле почвы блочного повышения приходятся на горизонты B₂, B₃ и погребённую почву. На этих же глубинах увеличивается содержание фракции C 1 . На глубине 170 см в погребённой почве профиля блока увеличивается содержание фракции C 2 ; повышается содержание поглощённого Mg²⁺ и уменьшается содержание CO 2 карбонатов.

C орг , %           C-CO 2 мг/100г

C мб , мг/100г

C 1 , мг/100г

0    20   40

qCO 2

C мб /C орг

CO 2 /C org 02468

C2, мг/100г

Рис. 2. Ключевой участок «Косимая степь». Биологические свойства чернозёмов в зависимости от положения в микрорельефе (блок, межблочье). Заказник «Каменная степь»

100 ZE

S 150

C орг , %

Блок

C-CO 2 мг/100г

C мб , мг/100г

qCO 2

C мб /C орг

CO 2 /C орг

C 1 , мг/100г

C 2 , мг/100г

Рис. 3. Ключевой участок «Лесополоса». Биологические свойства чернозёмов в зависимости от положения в микрорельефе (блок, межблочье). Заказник «Каменная степь»

Выводы: палеокриогенный микрорельеф во всех вариантах землепользования во многом определил значения биологических свойств.

Почвам блоков, как правило, свойственен более мощный гумусовый горизонт, но меньшее по сравнению с почвами межблочий содержание

C орг ; также в зависимости от микрорельефа значительно варьирует содержание C мб и фракции C₁. При этом, различия чернозёмов блоков и межблочий на ключевом участке «Пашня» сосредоточенны в основном в подгумусовой части профиля, на ключевом участке «Косимая степь» различия наиболее отчетливо выражены в нижней части гумусового горизонта, а на ключевом участке «Лесополоса» - в гумусовом горизонте. Результаты исследования показали, что при уменьшении антропогенного влияния в ряду пашня → косимая степь → лесополоса на фоне выявленного увеличения значений большинства показателей биологических свойств почв одновременно увеличиваются различия между биологическими свойствами чернозёмов блоков и межблочий. Различия биологических свойств

• 5.

• 6.

• 7.

• 8.

• 9.

чернозёмов в зависимости от их положения в микрорельефе достигают 1,3-1,5 раз.                10.

Работа выполнена при финансовой под держке РФФИ (№ 11-04-00354, № 11-04-01083)