ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2019, № 2, С. 138-156


МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ХВОЙНЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕЙ СИБИРИ ПОСЛЕ ПОЖАРОВ РАЗНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
А. В. Богородская1, Е. А. Кукавская1, О. П. Каленская2, Л. В. Буряк2,3
1Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/28
E-mail: anbog@ksc.krasn.ru
2Сибирский государственный университет науки и технологий
им. М.Ф. Решетнёва
Россия, 660049, Красноярск, просп. Мира, 82
3Государственный природный биосферный заповедник «Центральносибирский»
Россия, 663246, Красноярский край, пос. Бор, ул. Грибная, 1а


Поступила в редакцию 12.02.2018 г.
Дана оценка послепожарной трансформации некоторых физико-химических и микробиологических свойств почв среднетаежных хвойных насаждений Средней Сибири. Низовые пожары в кедровых, лиственничных и производных хвойно-лиственных насаждениях приводили к увеличению функциональной активности, численности эколого-трофических групп микроорганизмов, запасов Смик и микробной продукции СО2 в верхних минеральных почвенных горизонтах, причем данный эффект более очевиден после высокоинтенсивных пожаров. В подстилках и верхнем 0–5 сантиметровом подзолистом горизонте почв кедровников через месяц после высокоинтенсивных пожаров наблюдалось увеличение значения qСО2 в 2–3 раза, тогда как низкоинтенсивные пожары в изучаемых насаждениях не вызвали значительного изменения устойчивости почвенного микробоценоза. С течением времени, пройденного после пожара, значения qСО2 снижаются. В подстилке лиственничника вейникового через четыре года после высокоинтенсивного пожара отмечено снижение содержания микробной биомассы в 2 раза, а также численности аммонификаторов и повышение олиготрофности.  Послепожарная динамика направлена на снижение общей микробной продукции СО2 почвами изучаемых насаждений, при этом даже спустя четыре года после пожаров в лиственничниках, независимо от интенсивности, она в 2 раза выше и отстает от уровня повышения общих запасов микробной биомассы.
Ключевые слова: кедровые и лиственничные насаждения, низовые пожары, интенсивность пожара, эколого-трофические группы микроорганизмов, микробная биомасса, базальное дыхание, микробный метаболический коэффициент qСО2, запасы микробной биомассы и микробное продуцирование СО2.
Работа выполнена в рамках базового проекта (АААА-А17-117101940014-9).
DOI: 10.1134/S0024114819010030


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.

  • Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

  • Барталев С.А., Стыценко Ф.В., Егоров В.А., Лупян Е.А. Спутниковая оценка гибели лесов России от пожаров // Лесоведение. 2015. № 2. С. 83–94.

  • Безкоровайная И.Н., Иванова Г.А., Тарасов П.А., Сорокин Н.Д., Богородская А.В., Иванов В.А., Конард С.Г., Макрае Д.Дж. Пирогенная трансформация почв сосняков средней тайги Красноярского края // Сибирский экологический журнал. 2005. № 1. С. 143–152.

  • Богородская А.В. Влияние пожаров на микробные комплексы почв сосновых лесов Средней Сибири: Автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16, 03.00.07. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2006. 24 с.

  • Богородская А.В., Сорокин Н.Д. Микробиологическая диагностика состояния пирогенно-измененных почв сосняков Нижнего Приангарья // Почвоведение. 2006. № 10. С. 1258–1266.

  • Богородская А.В., Иванова Г.А., Тарасов П.А. Послепожарная трансформация микробных комплексов почв лиственничников Нижнего Приангарья // Почвоведение. 2011. № 1. С. 56–63.

  • Богородская А.В., Кукавская Е.А. Состояние микробных сообществ в почвах лиственных и светлохвойных лесов Средней Сибири после рубок и пожаров // Лесоведение. 2016. № 5. С. 383-396.

  • Богородская А.В., Пономарева Т.В., Ефимов Д.Ю., Шишикин А.С. Трансформация эколого-функциональных параметров микробоценозов почв на просеках линий электропередач в условиях Средней Сибири // Почвоведение. 2017. № 6. С. 731–743.

  • Валендик Э.Н., Векшин В.Н., Иванова Г.А., Кисиляхов Е.К., Перевозникова В.Д., Брюханов А.В., Бычков В.А., Верховец С.В. Контролируемые выжигания на вырубках в горных лесах. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 172 с.

  • Горшков С.П., Ванденберг Дж., Алексеев Б.А., Мочалова О.И., Тишкова М.А.  Климат, мерзлота и ландшафты Среднеенисейского региона. М.: Изд-во МГУ, 2003. 81 с.

  • Дымов А.А., Дубровский Ю.А., Габов Д.Н., Жангуров Е.В., Низовцев Н.А. Влияние пожара в северотаежном ельнике на органическое вещество почвы // Лесоведение. 2015. № 1. С. 52–62.

  • Иванов В.А., Иванова Г.А. Пожары от гроз в лесах Сибири. Новосибирск: Наука, 2010. 160 с.

  • Иванова Г.А., Конард С.Г., Макрае Д.Д., Безкоровайная И.Н., Богородская А.В., Жила С.В., Иванов В.А., Иванов А.В., Ковалева Н.М., Краснощекова Е.Н., Кукавская Е.А., Орешков Д.Н., Перевозникова В.Д., Самсонов Ю.Н., Сорокин Н.Д., Тарасов П.А., Цветков П.А., Шишикин А.С. Воздействие пожаров на компоненты экосистемы среднетаежных сосняков Сибири / Под ред. М.Д. Евдокименко. Новосибирск: Наука, 2014. 232 с.

  • Коротков И.А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот России. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 1994. С. 29–47.

  • Краснощеков Ю.Н., Чередникова Ю.С. Постпирогенная трансформация почв кедровых лесов в южном Прибайкалье // Почвоведение. 2012. № 10. С. 1057–1067.

  • Краснощеков Ю.Н., Евдокименко М.Д., Чередникова Ю.С. Лесоэкологические последствия пожаров в кедровниках Южного Прибайкалья // География и природные ресурсы. 2013. № 1. С. 33–42.

  • Кукавская Е.А., Буряк Л.В., Каленская О.П., Зарубин Д.С. Трансформация напочвенного покрова при низовых пожарах и оценка пирогенной эмиссии углерода в темнохвойных лесах Средней Сибири // Сибирский экологический журнал. 2017. № 1. С. 72–82.

  • Курбатский Н.П. Проблема лесных пожаров // Возникновение лесных пожаров.  М.: Наука. 1964. С. 5-60.

  • Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева.  М.: Изд-во Моск. университета, 1991. 304 с.

  • Мякина Н.Б., Аринушкина Е.В. Методическое пособие для чтения результатов химических анализов почв. М.: Изд-во МГУ, 1979. 62 с.

  • Попова Э.П. Пирогенная трансформация свойств лесных почв Среднего Приангарья // Сибирский экологический журнал. 1997. № 4. С. 413–418.

  • Седых В.Н. Динамика равнинных кедровых лесов Сибири. Новосибирск: Наука, 2014. 232 с.

  • Семечкин И.В., Поликарпов Н.П., Ирошников А.И., Бабинцева Р.М., Воробьев В.Н., Дашко Н.В., Иванов В.В., Кондаков Ю.П., Коротков И.А., Мурина Т.К., Назимова Д.И., Попов В.Е., Попова Ю.М., Соколов Г.А., Софронов М.А., Смагин В.Н., Спиридонов Б.С., Чебакова Н.М., Чередникова Ю.С.  Кедровые леса Сибири. / Под ред. А.С. Исаева. Новосибирск: Наука, 1985. 258 с.

  • Сорокин Н.Д. Влияние лесных пожаров на биологическую активность почв // Лесоведение. 1983. № 4. C. 24–28.

  • Софронов М.А., Голдаммер И.Г., Волокитина А.В., Софронова Т.М. Пожарная опасность в природных условиях. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005. 330 с.

  • Стефин В.В. Антропогенные воздействия на горно-лесные почвы. Новосибирск: Наука, 1981. 169 с.

  • Стольникова Е.В., Ананьева Н.Д., Чернова О.В. Микробная биомасса, ее  активность и структура в почвах старовозрастных лесов Европейской территории России // Почвоведение. 2011. № 4. С. 479–494.

  • Сусьян Е.А., Ананьева Н.Д., Гавриленко Е.Г., Чернова О.В., Бобровский М.В. Углерод микробной биомассы в профиле лесных почв южной тайги // Почвоведение. 2009. № 10. С. 1233–1240.

  • Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования. Новосибирск: Наука, 1996. 253 с.

  • Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И Классификация и диагностика почв России.  Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

  • Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biology and Biochemistry. 1978. Vol. 10. № 3. P. 215–221.

  • Аnderson T.-H., Domsch K.H. The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental condition, such as, pH, on the microbial biomass of forest soil // Soil Biology and Biochemistry. 1993. Vol. 25. № 3. P. 393–395.

  • Bárcenas-Moreno G., García-Orenes F., Mataix-Solera J., Mataix-Beneyto J.,  Bååth E. Soil microbial recolonisation after a fire in a Mediterranean forest // Biology and Fertility of Soils. 2011. Vol. 47. № 3. P. 261–272.  

  • Certini G. Effects of fire on properties of forest soils: a review // Oecologia. 2005. Vol. 143. № 1. P. 1–10.

  • Cutler N.A., Arróniz-Crespo M., Street L.E., Jones D.L., Chaput D.L., Deluca T.H. Long-term recovery of microbial communities in the Boreal bryosphere following fire disturbance // Microbial Ecology.  2017. Vol. 73. № 1.  P. 75–90.

  • De Marco A., Gentile A.E., Arena C., De Santo A.V. Organic matter, nutrient content and biological activity in burned and unburned soils of a Mediterranean maquis area of southern Italy // International Journal of Wildland Fire. 2005. Vol. 14. № 4. 14. P. 365–377.

  • Dooley S.R., Treseder K.K. The effect of fire on microbial biomass: a meta-analysis of field studies //  Biogeochemistry. 2012. Vol. 109. № 1. P. 49–61.

  • Fritze H., Pennanen T., Pietikainen J. Recovery of soil microbial biomass and activity from prescribed burning // Canadian Journal of Forest Research. 1993. Vol. 23. № 7. P. 1286–1290.

  • Ginzburg О., Steinberger Y. Effects of forest wildfire on soil microbial-community activity and chemical components on a temporal-seasonal scale // Plant and Soil.  2012. Vol. 360. № 1. P. 243–257.

  • Grasso G.H., Ripabelli G., Sammareo M. L., Mazzoleni S. Effect of heating on the microbial population of grassland soil // The International Journal of Wildland Fire. 1996. Vol. 6. № 2. P. 67–70.

  • Hernandez T., Garcia C., Reinhardt I. Short-term effect of wildfire on the chemical, biochemical and microbiological properties of Mediterranean pine forest soils // Biology and Fertility of Soils. 1997. Vol. 25. № 2. Р. 109–116.

  • Heydari M., Rostamy A., Najafi F., Dey D.C. Effect of fire severity on physical and biochemical soil properties in Zagros oak (Quercus brantii Lindl.) forests in Iran // Journal of Forestry Research. 2017. Vol. 28. № 1. Р. 95–104. 

  • Holden S.R., Rogers B.M., Treseder K.K., Randerson J.T. Fire severity influences the response of soil microbes to a boreal forest fire // Environmental Research Letters. 2016. Vol. 11. № 3. P. 035004.

  • Kukavskaya E.A., Buryak L.V., Ivanova G.A., ConardS.G., Kalenskaya O.P., Zhila S.V., McRae D.J. Influence of logging on the effects of wildfire in Siberia // Environmental Research Letters. 2013. Vol. 8. № 4. P. 045034.

  • Masyagina O.V., Tokareva I.V., Prokushkin A.S. Post fire organic matter biodegradation in permafrost soils: Case study after experimental heating of mineral horizons // Science of the Total Environment. 2016. Vol. 573. P. 1255–1264.

  • Nearly D.G., Klopatek C.C., DeBano L.F., Ffolliott P.F. Fire effects on bellowground sustainability: review and synthesis // Forest Ecology and Management. 1999. Vol. 122. № 1. P. 51–71.

  • Pietikainen J., Fritze H. Clear-cutting and prescribed burning in coniferous forest: comparison of effects on soil fungal and total microbial biomass, respiration activity and nitrification // Soil Biology and Biochemistry. 1995. Vol. 27. № 1. P. 101–109.

  • Pietikainen J., Fritze H. Microbial biomass and activity in the humus layer following burning: short-term effects of two different fires // Canadian Journal of Forest Research. 1993. Vol. 23. № 7. P. 1275–1285.

  • Santín C., Doerr S.H, Merino A., Bryant R., Loader N.J. Forest floor chemical transformations in a boreal forest fire and their correlations with temperature and heating duration // Geoderma. 2016. Vol. 264. Part A. P. 71–80.

  • Sharma U., Garima, Sharma J.C., Devi M. Effect of Forest fire on soil nitrogen mineralization and microbial biomass: A review // Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry. 2017. Vol. 6. № 3. P. 682–685.

  • Thiffault E., Hannam K.D., Quideau S.A., Pare D., Belanger N., Oh S-W., Munson A.D. Chemical composition of forest floor and consequences for nutrient availability after wildfire and harvesting in the boreal forest // Plant and Soil. 2008. Vol. 308. № 1-2. 308. P. 37–53.

  • Vazquez F.J., Acea M.J., Carhallas T. Soil microbial populations after wildfire // FEMS Microbiology Ecology. 1993. Vol. 13. № 2. P. 93–103.

  • Wardle D.A., Nilsson M.-C., Zackrisson O. Fire-derived charcoal causes loss of forest humus // Science. 2008. Vol. 320. №. 5876. P. 629-629.

  • Wüthrich C., Schaub D., Weber M., Marxer P., Conedera M. Soil respiration and soil microbial biomass after fire in a sweet chestnut forest in southern Switzerland // Catena. 2002. Vol. 48. № 3. P. 201–215.

  • Yeager C.M., Northup D.E., Grow C.C., Barns S.M., Kuske C.R. Changes in nitrogen-fixing and ammonia-oxidizing bacterial communities in soil of a mixed conifer forest after wildfire // Applied and Environmental Microbiology. 2005. Vol. 71. № 5. P. 2713–2722.