ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2018, № 1, С. 3-23, DOI: 10.7868/S0024114818010011


ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОСТ-АГРОГЕННЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ


И. Н. Курганова1,2, В. О. Лопес де Гереню1, А. С. Мостовая3, Л. А.  Овсепян, В. М. Телеснина4, В. И. Личко1, Ю. И. Баева5
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН
Россия, 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2;
E-mail: ikurg@mail.ru
2Институт леса Карельского научного центра РАН
Россия, 185910 Петрозаводск, Республика Карелия, ул. Пушкинская, 11
3Российский государственный аграрный университет, МСХА им. К.А. Тимирязева
Россия, 127550 Москва, ул. Тимирязевская, 49
4МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения
Россия, 119991 Москва, Воробьевы горы, 1, стр.2
5Аграрно-технический институт РУДН
Россия, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6


Поступила в редакцию 24 октября 2016 г.
Изучена микробиологическая активность пост-агрогенных дерново-подзолистых, серых и темно-серых лесных почв, представляющих собой последовательные стадии естественного лесовосстановления на бывших сельскохозяйственных угодьях в различных лесорастительных зонах. Сукцессионные хроноряды пост-агрогенных почв выбирались единообразно и включали пашню, разновозрастные залежи и лесной ценоз. В смешанных образцах почв, отобранных из слоев 0-10 и 10-20 см, определяли содержание органического углерода (Сорг) и азота (Nорг), величину рН, полную полевую влагоемкость (ППВ), базальное дыхание (Vbasal), содержание углерода микробной биомассы (Cмик) и оценивали экофизиологические показатели состояния микробных сообществ (метаболический коэффициент, qСО2; отношение Смик:Сорг; удельную скорость базального дыхания, Vbasal : Сорг). Установлено, что перевод пахотных почв в залежные земли, занятые постоянной луговой или лесной растительностью, как правило, приводил к прогрессивному накоплению органического углерода в слое 0-10 см, что вызывало усиление дыхательной активности почв и существенное увеличение в них пула микробного углерода. В тоже время за счет проявления процессов подзолообразования при развитии лесной растительности, в слое 10-20 см происходило заметное увеличение кислотности, которое в почвах лесных ценозов вызывало снижение Vbasal и уменьшение содержания Смик. В пределах всех изученных хронорядов пост-агрогенных почв самые тесные корреляционные связи были выявлены между микробиологическими показателями (Vbasal и Смик) и общими свойствами почв (Сорг, Nорг, ППВ). На динамику изменения всех изученных свойств в ходе пост-агрогенной эволюции оказывали влияние следующие факторы (в порядке убывания): лесорастительная зона/тип почвы > возраст залежи ≈ глубина в пределах пахотного слоя.
Пост-агрогенные почвы, органическое вещество, базальное дыхание, микробная биомасса, метаболический коэффициент qCO2, лесовосстановление, южная тайга, хвойно-широколиственная зона, лесостепь
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (15-04-05156а), программы Президиума РАН №15 и Немецкого исследовательского фонда DFG (#171/27-1).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование. Пущино: Пущинский научный центр РАН, Институт почвоведения и фотосинтеза. 1995. 320 с.

  • Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. Влияние высушивания-увлажнения и замораживания-оттаивания на устойчивость микробных сообществ почвы // Почвоведение. 1997. № 9. С. 1132-1137.

  • Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. Оценка устойчивости микробных комплексов к природным и антропогенным воздействиям // Почвоведение. 2002. № 5. С. 580-587.

  • Ананьева Н.Д., Стольникова Е.В., Сусьян Е.А., Ходжаева А.К. Грибная и бактериальная микробная биомасса (селективное ингибирование и продуцирование CO2 и N2O дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов // Почвоведение. 2010. № 11. С. 1387–1393.

  • Базыкина Г.С., Скворцова Е.Б., Тонконогов В.Д., Хохлов С.Ф. Влияние составляющих водного баланса и температурного режима на свойства постагрогенных дерново-подзолистых почв Подмосковья // Почвоведение. 2007. №6. С. 685-697.

  • Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д., Мякшина Т.Н. Характеристика состояния микробного сообщества по величине метаболического коэффициента // Почвоведение. 1995. № 2. С. 205-210.

  • Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.

  • Владыченский А.С., Телеснина В.М. Сравнительная характеристика постагрогенных почв южной тайги в разных литологических условиях // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2007. № 4. С. 3-10.

  • Владыченский А.С., Телеснина В.М., Иванько М.В. Изменение гумусного состояния лесных почв Европейской территории и Сибири при выводе из сельскохозяйственного использования // Вестник МГУ. Сер. 17. Почвоведение. 2006. № 3. С. 3-10.

  • Владыченский А.С., Телеснина В.М., Чалая Т.А. Влияние поступления растительного опада на биологическую активность постагрогенных почв южной тайги // Вестник МГУ. сер. 17. Почвоведение. 2012. № 1. с. 3-10.

  • Гульбе А.Я. Динамика фитомассы и годичной продукции березняков на залежах в подзоне южной тайги // Продукционный процесс и структура лесных биогеоценозов: теория и эксперимент (памяти А.И. Уткина) / Отв. ред. М.Г. Романовский. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2009. С. 206-228.

  • Ермолаев А.М., Ширшова Л.Т. Влияние погодных условий и режима использования сеяного луга на продуктивность травостоя и свойства серых лесных почв // Почвоведение. 2000. № 2. С. 1501-1508.

  • Ермолаев А.М., Ширшова Л.Т. О динамике растительного вещества и некоторых фракций гумуса в серой лесной почве под сеяным лугом // Экология. 1988. № 1. С.12-18.

  • Замотаев И.В., Белобров В.П., Курбатова А.Н., Белоброва Д.В. Агрогенная и пост-агрогенная трансформация почв Льговского района Курской области // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 85. С. 97-113.

  • Кечайкина И.О., Рюмин А.Г., Чуков С.Н. Постагрогенная трансформация органического вещества дерново-подзолистых почв // Почвоведение. 2011. № 10. С. 1178-1193.

  • Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос. 1977. 221 с.

  • Коробова Л.Н. Особенности сукцессии микробных сообществ в черноземах Западной Сибири. Автореф. докт. биол. наук…, Новосибирск, 2007. 42 с.

  • Кузнецова И.В., Тихонравoва П.И., Бондарев А.Г. Изменение свойств залежных серых лесных почв // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1442-1150.

  • Курганова И.Н., Ермолаев А.М., Лопес де Гереню В.О., Ларионова А.А., Сапронов Д.В., Келлер Т., Ланге Ш., Розанова Л.Н., Личко В.И., Мякшина Т.Н., Кузяков Я.В., Романенков В.А. Потоки и пулы углерода в залежных землях Подмосковья // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв: Сб. научных трудов под ред. В.Н. Кудеярова. М.: Наука. 2006. С. 271-284.

  • Литвинович А.В., Павлова О.Ю., Дричко В.Ф., Чернов Д.В., Фомина А.С. Изменение кислотно-основных свойств окультуренной дерново-подзолистой песчаной почвы в зависимости от срока нахождения в залежи // Агрохимия. 2005. № 10. С. 13-19.

  • Литвинович А.В., Павлова О.Ю., Чернов Д.В., Фомина А.С. Изменение гумусного состояния дерново-подзолистой песчаной почвы при окультуривании и последующем исключении из хозяйственного оборота // Агрохимия. 2004. № 8 С. 13-19.

  • Лопес де Гереню В.О., Курганова И.Н., Ермолаев А.М., Кузяков Я.В. Изменение пулов органического углерода при самовосстановлении пахотных черноземов //Агрохимия. 2009. № 5. С. 5-12.

  • Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А. Закономерности вывода из оборота сельскохозяйственных земель в России и мире и процессы пост-агрогенного развития залежей // Материалы Всероссийской научной конференции Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России выбывших из активного сельскохозяйственного оборота / ред. А.Л. Иванов. М., 2008. С. 30-44.

  • Люри Д.И., Горячкин С.В., Караваева Н.А., Денисенко Е.А., Нефедова Т.Г. Динамика сельскохозяйственных земель в России в ХХ веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 2010. 416 с.

  • Москаленко С.В., Бобровский М.В. Расселение лесных видов растений из старовозрастных дубрав на брошенные пашни в заповеднике ''Калужские засеки'' // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1(5). С. 1332-1335.

  • Мостовая А.С., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Хохлова О.С., Русаков А.В., Шаповалов А.С. Изменение микробиологической активности серых лесных почв в процессе естественного лесовосстановления // Вестник Воронежского гос. университета. Сер.: Химия, биология, фармация. 2015. № 2. С. 64 – 72.

  • Орлов Д.С. Химия почв. М.: Изд-во Московского университета, 1985. 376 с.

  • Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв России. М.: Наука, 1996. 254 с.

  • Почвы природных зон Русской равнины: Учебное пособие по общему курсу ''Почвоведение'') / ред. Б.Ф. Апарин. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета. 2007. 197 с.

  • Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.

  • Телеснина В.М. Постагрогенная динамика растительности и свойств почвы в ходе демутационной сукцессии в южной тайге // Лесоведение. 2015. № 4. С. 192-205.

  • Телеснина В.М., Ваганов И.Е., Карлсен А.А., Иванова А.Е., Жуков М.А., Лебедев С.М. Особенности морфологии и химических свойств постагрогенных почв южной тайги на легких отложениях (Костромская область) // Почвоведение. 2016. № 1. С. 115-129.

  • Anderson T.-H. Microbial eco-physiological indicators to assess soil quality // Agriculture, ecosystem & environment. 2003. V. 98. P. 285-293.

  • Anderson T.-H. Physiological analysis of microbial communities in soil: Applications and limitations // Beyond the Biomass / Eds K. Ritz, J. Dighton, K.E. Ciller. London: Wiley-Sayce Publication, 1994. P. 67-76.

  • Anderson J., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomas in soils // Soil Biology & Biochemistry. 1978. No. 10. p. 215-221.

  • Anderson T.-H., Domsch K.H. The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions, such as pH, on the microbial biomass of forest soils // Soil Biology & Biochemistry. 1993. V. 25. P. 393-395.

  • Charro E., Gallardo J. F., Moyano A. Degradability of soils under oak and pine in Central Spain // European Journal of Forest Research. 2010. V. 129. P. 83–91.

  • Foster D.R., Motzkin G. Interpreting and conserving the open land habitats of coastal New England: insights from landscape history // Forest Ecology & Management. 2003. V. 185. P. 127–150.

  • Insam H. Are the soil microbial biomass and basal respiration governed by the climatic regime? // Soil Biology & Biochemistry. 1990. V.22. P. 525-532.

  • IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change / Eds. Pachauri R.K., Reisinger A. Geneva. Switzerland, 2007. 104 p.

  • Kalinina O., Chertov O., Dolgikh A.V., Lyuri D.I., Vormstein S., Giani L. Self-restoration of post-agrogenic Stagnic Albeluvisols: Soil development, carbon stocks and dynamics of carbon pools // Geoderma. 2013. V. 207-208. P. 221–233.

  • Kalinina O., Goryachkin S.V., Karavaeva N.A. Lyuri D.I., Najdenko L., Giani L. Self-restoration of post-agrogenic sandy soils in the southern Taiga of Russia: Soil development, nutrient status, and carbon dynamics // Geoderma. 2009. V. 152. P. 35–42.

  • Kalinina O., Goryachkin S.V., Karavaeva N.A., Lyuri D.I., Giani L. Dynamics of carbon pools in post-agrogenic sandy soils of southern taiga of Russia // Carbon Balance & Management. 2010. N 5:1 (http://www.cbmjournal.com/content/5/1/1).

  • Kalinina O., Krause S.E., Goryachkin S.V., Lyuri D.I., Giani L. Self-restoration of post-agrogenic chernozems of Russia: Soil development, carbon stocks, and dynamics of carbon pools // Geoderma. 2011. V. 162. P. 196–206.

  • Karelin D.V., Lyuri D.I., Goryachkin S.V., Lunin V.N., Kudikov A.V. Changes in the carbon dioxide emission from soils in the course of postagrogenic succession in the chernozem forest-steppe // Eurasian Soil Science. 2015. V. 48(11). P. 1229–1241.

  • Kurganova I., Kudeyarov V. Ecosystems of Russia and Global Carbon Budget // Science in Russia. 2012. V. 5. P. 25-32.

  • Kurganova I.N., Kudeyarov V.N., Lopes de Gerenyu V.O. Updated estimate of carbon balance on Russian territory // Tellus. 2010a. V. 62B (5). P. 497–505.

  • Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O. Assessment of changes in soil organic carbon storage in soils of Russia, 1990-2020 // Eurasian Soil Science. 2008. Supplement. V. 41. (13). P. 1371-1377.

  • Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O. The Stock of Organic Carbon in Soils of the Russian Federation: Updated Estimation in Connection with Land Use Changes // Doklady Biological Sciences. 2009. V. 426. P. 219–221.

  • Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Large-scale carbon sequestration in post-agrogenic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. V. 133. P. 461–466.

  • Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Gallardo Lancho J. F., Oehm C.T. Evaluation of the rates of soil organic matter mineralization in forest ecosystems of temperate continental, mediterranean, and tropical monsoon climates // Eurasian Soil Science. 2012. V. 45 (1). P. 68–79.

  • Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., Sapronov D.V., Lichko V.I., Yermolaev A.M. Сhanges in the carbon stocks of former croplands in Russia // Žemés Üko Mokslai. 2008. V. 15 (4). P. 10-15.

  • Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Shvidenko A.Z., Sapozhnikov P.M. Changes in the Organic Carbon Pool of Abandoned Soils in Russia (1990–2004) // Eurasian Soil Science. 2010b. V. 43. P. 333–340.

  • Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Six J., Kuzyakov Y. Carbon cost of collective farming collapse in Russia // Global Change Biology. 2014. V. 20. P. 938–947.

  • Kurganova I., Yermolaev A., Lopes de Gerenyu V., Larionova A., Kuzyakov Y., Keller, T., and Lange, S. Carbon balance in soils of abandoned lands in Moscow region // Eurasian Soil Science. 2007. V. 40(1). P. 50-58.

  • Lopes de Gerenyu V., Kurganova I., Kuzyakov Y. Carbon pools and sequestration in former arable Chernozems depending on restoration period // Ekologjia. 2008. V. 54(4). P. 38-44.

  • Lyuri D.I., Karelin D.V., Kudikov A.V., Goryachkin S.V. Changes in soil respiration in the course of the postagrogenic succession on sandy soils in the southern taiga zone // Eurasian Soil Science. 2013. V. 46(9). P. 935–947.

  • Martin A., Gallardo J.F., Santa Regina I. Long-term decomposition process of leaf litter from Quercus pyrenaica forests across a rainfall gradient (Spanish Central System) // Annals of Forest Science. 1997. V. 54. P. 191-202.

  • Martin A., Rapp M., Santa Regina I., Gallardo J.F. Leaf litter decomposition dynamics in some Mediterranean deciduous oaks // European Journal of Soil Biology. 1994. V. 30. P. 119-124.

  • Norris C.E., Quideau S.A., Bhattiw J.S., Wasylishenz R.E. Soil carbon stabilization in jack pine stands along the Boreal Forest Transect Case Study // Global Change Biology. 2011. V. 17. P. 480–494.

  • Pérez-Cruzado C., Mansilla-Salinero P., Rodríguez-Soalleiro R., Merino A. Influence of tree species on carbon sequestration in afforested pastures in a humid temperate region // Plant and soil. 2011. V. 353. N 1-2. P. 333-353.

  • Poeplau C., Don A., Vesterdal L., Leifeld J., van Wesemael B., Schumacher J., Gensior A. Temporal dynamics of soil organic carbon after land-use change in the temperate zone – carbon response functions as a model approach // Global Change Biology. 2011. V. 17. P. 2415-2427.

  • Rabbinge R., van Diepen C.A. Changes in agriculture and land use in Europe // European Journal of Agronomy. 2000. V.13. P. 85–100.

  • Rovira P., Jorba M., Romanyà J. Active and passive organic matter fractions in Mediterranean forest soils // Biology and Fertility of Soils. 2010. V. 46. P. 355–369.

  • Stanturf J.A., Madsen I. Restoration concepts for temperate and boreal forests of North America and Western Europe // Plant Biosystems. 2002. V. 2. P. 143-158.

  • Susyan E.A., Wirth S., Ananyeva N.D., Stolnikova E.V. Forest succession on abandoned arable soils in European Russia — Impacts on microbial biomass, fungal-bacterial ratio, and basal CO2 respiration activity // European Journal of Soil Biology. 2011.V. 47. P. 169–174.

  • Thuille A., Schulze E-D. E.F. Carbon dynamics in successional and afforested spruce stands in Thuringia and the Alps // Global Change Biology. 2006. V. 12. P. 325–342.

  • van der Wal A., van Veen J.A., Smant W., Boschker T.S., Bloem J., Kardol P., van der Putten W.H., de Boer W. Fungal biomass development in a chronosequence of land abandonment // Soil Biology & Biochemistry. 2006. V. 38. P. 51-60.

  • Vladychenskii A.S., Telesnina V.M., Rumyantseva K.A., Chalaya T.A. Organic matter and biological activity of postagrogenic soils in the Southern Taiga using the example of Kostroma Oblast // Eurasian Soil Science. 2013. V. 46 (5). P. 518–529.

  • von Lützow, M., Kögel-Knabner, Ekschmitt K., Flessa H., Guggenberger G., Matzner E., Marschner B. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms // Soil Biology & Biochemistry. 2007. V. 39. P. 2183–2207.

  • http://aisori.meteo.ru/ClimateR)4