ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2018, № 1, С. 37-47, DOI: 10.7868/S0024114818010035


ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ, УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПОДСТИЛКАХ СЕВЕРОТАЕЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ
Н. А. Артемкина1, Н. В. Лукина2, М. А. Орлова2
1Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН
Россия, 184200, Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 14а
E-mail: artemkina@inep.ksc.ru
2Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН,
Россия, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32


Поступила в редакцию 30 сентября 2016 г.
Качество растительного опада и состав формирующейся из него подстилки играют важную роль в процессах разложения органического вещества и почвообразования. Данная работа направлена на исследования пространственного вертикального (в профиле подстилки) и горизонтального (внутрибиогеоценотические и межбиогеоценотические в геохимически сопряженном ландшафте) варьирования содержания вторичных метаболитов (лигнин, высоко- и низкомолекулярные фенолы, танины), а также общего углерода и азота в подстилках северотаежных еловых лесов (на примере Мурманской области). Выявлены четкие тренды снижения низко- и высокомолекулярных фенольных соединений и танинов от L к H подгоризонтов во всех типах элементарных биогеоареалов (ЭБГА) в биогеоценозах (БГЦ) различных позиций ландшафта. В БГЦ автоморфных и транзитных позиций ландшафта максимальный уровень содержания фенольных соединений наблюдается в подстилках еловых ЭБГА. В аккумулятивных условиях доминирующее положение по содержанию высокомолекулярных фенольных соединений в подстилках занимают еловые ЭБГА, по содержанию танинов – багульниковые ЭБГА, а низкомолекулярных фенольных соединений – сфагновые ЭБГА. Самое низкое содержание лигнина, узкие отношения лигнин:N в подстилке характерны для сфагновых ЭБГА. Обнаруживаются существенные различия в содержании вторичных метаболитов, углерода и азота в подстилках БГЦ, формирующихся на разных позициях ландшафта. В подстилках БГЦ транзитных и аккумулятивных позиций содержится достоверно больше танинов и фенолов, чем в автоморфных условиях. Содержание лигнина в подстилках достоверно выше в транзитных условиях из-за существенного вклада березы. В гумусовых подгоризонтах концентрации лигнина и азота возрастают, а отношение С:N снижается от автоморфных к аккумулятивным позициям ландшафта. Объяснениями для повышения содержания вторичных метаболитов в подстилках в ряду геохимического сопряжения БГЦ от автоморфных позиций к аккумулятивным являются: (1) изменение состава доминирующих растений (2) латеральные и аккумулятивные процессы.
Подстилка, фенольные соединения, лигнин, танины, углерод, азот, геохимически сопряженный ландшафт, северотаежные еловые леса.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №16-17-10284).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Артемкина Н.А., Орлова М.А., Лукина Н.В. Концентрации фенольных соединений и лигнина в растительном опаде и органогенных горизонтах почв северотаежных еловых лесов // Фундаментальные и прикладные вопросы лесного почвоведения: Матер. докладов VI Всерос. науч. конф. по лесному почвоведению с международным участием. Сыктывкар.: ООО «Коми республиканская типография», 2015. С. 187-189.

  • Лузиков А.В., Трофимов С.Я., Заварзина А.Г., Загоскина Н.В. Растворимые фенольные соединения, общий и аммонийный азот в лесных подстилках ненарушенных ельников Центрально-лесного заповедника // Почвоведение. 2006. № 8. С. 928-934.

  • Манаков К.Н., Никонов В.В. Биологический круговорот минеральных элементов и почвообразование в ельниках Крайнего Севера. Л.: Наука, 1981. 196 с.

  • Орлова М.А. Элементарная единица лесного биогеоценотического покрова для оценки экосистемных функций лесов // Труды Карельского научного центра. Серия "Экологические исследования". 2013. № 6. С. 126-132.

  • Фомичева О.А., Полянская Л.М., Никонов В.В., Лукина Н.В., Орлова М.А., Исаева Л.Г., Звягинцев Д.Г. Численность и биомасса почвенных микроорганизмов в коренных старовозрастных северо-таежных еловых лесах // Почвоведение. 2006. № 12. С. 1469-1478.

  • Adamczyk B., Kitunen V., Smolander A. Protein precipitation by tannins in soil organic horizon and vegetation in relation to tree species // Biology & Fertility of Soils. 2008. V. 45. N 1. Р. 55–64. DOI: 10.1007/s00374-008-0308-0

  • Berg B. Foliar Litter Decomposition: A Conceptual Model with Focus on Pine (Pinus) Litter—A Genus with Global Distribution // ISRN Forestry. 2014. V. 2014. Article ID 838169. 22 p.

  • Blanco J.A., Imbert J.B., Castillo F.J. Thinning affects Pinus sylvestris needle decomposition rates and chemistry differently depending on site conditions // Biogeochemistry. 2011. V. 106. Р. 397–414. DOI 10.1007/s10533-010-9518-2

  • Cesco S., Mimmo T., Tonon G., Tomasi N., Pinton R., Terzano R., Neumann G., Weisskopf L. Renella G., Landi L. Nannipieri P. Plant-borne flavonoids released into the rhizosphere: impact on soil bio-activities related to plant nutrition. A review // Biology & Fertility Soils. 2012. V. 48. N 2. Р. 123–149. DOI: 10.1007/s00374-011-0653-2

  • Freschet G.T., Aerts R., Cornelissen J.H.C. Multiple mechanisms for trait effects on litter decomposition: moving beyond home-field advantage with a new hypothesis // Journal of Ecology. 2012. V. 100. N 3. Р. 619–630. doi: 10.1111/j.1365-2745.2011.01943.x

  • Halvorson J.J., Schmidt M.A., Hagerman A.E., Gonzalez J.M., Liebig M.A. Reduction of soluble nitrogen and mobilization of plant nutrients in soils from U.S northern Great Plains agroecosystems by phenolic compounds // Soil Biology & Biochemistry. 2016. V. 94. Р. 211-221.

  • Hättenschwiler S., Vitousek P.M. The role of polyphenols in terrestrial ecosystem nutrient cycling // Trends in Ecology & Evolution. 2000. V. 15. N 6. P. 238–243.

  • Kanerva S., Kitunen V., Loponen J., Smolander A. Phenolic compounds and terpenes in soil organic horizon layers under silver birch, Norway spruce and Scots pine // Biology & Fertility of Soils. 2008. V. 44. P. 547–556.

  • Li H., Xu L., Wu F., Yang W., Ni X., He J., Tan B., Hu Yi. Forest Gaps Alter the Total Phenol Dynamics in Decomposing Litter in an Alpine Fir Forest // PLoS ONE. 2016. V. 11. N 2. P. e0148426. doi:10.1371/journal.pone.0148426

  • Ligrone R., Carafa A., Duckett J.G., Renzaglia K.S., Ruel K. Immunocytochemical detection of lignin-related epitopes in cell walls in bryophytes and the charalean alga Nitella // Plant Systematics & Evolution. 2008. V. 270. N 3. Р. 257-272. DOI: 10.1007/s00606-007-0617-z

  • Makkonen M, Berg M.P., Hand I.T., Hättenschwiler S., van Ruijven J., van Bodegom P.M., Aerts R. Highly consistent effects of plant litter identity and functional traits on decomposition across a latitudinal gradient // Ecology Letters. 2012. V. 15. Р. 1033–1041. doi: 10.1111/j.1461-0248.2012.01826.x

  • Osono T., Takeda H. Accumulation and release of nitrogen and phosphorus in relation to lignin decomposition in leaf litter of 14 tree species // Ecological Research. 2004. V. 19. N 6. Р. 593–602.

  • Pietsch K.A., Ogle K., Cornelissen J.H.C., Cornwell W.K., Bönisch G., Craine J.M., Jackson B.G., Kattge J., Peltzer D.A., Penuelas J., Reich P.B., Wardle D.A., Weedon J.T., Wright I.J., Zanne A.E., Wirth C. Global relationship of wood and leaf litter decomposability: the role of functional traits within and across plant organs // Global Ecology & Biogeography. 2014. Р. 1–12. DOI:10.1111/geb.12172

  • Rowland A.P., Roberts J.D. Lignin and cellulose fractionation in decomposition studies using acid-detergent fibre methods // Communications in Soil Science & Plant Analysis. 1994. V. 25. № 3-4. P. 269–277.

  • Turetsky M.R., Crow S.E., Evans R.J., Vitt D.H., Wieder R.K. Trade-offs in resource allocation among moss species control decomposition in boreal peatlands // Journal of Ecology.2008. V. 96. N 6. Р. 1297–1305. DOI: 10.1111/j.1365-2745.2008.01438.x

  • van der Putten W.H., Bardgett R.D., Bever J.D., Bezemer T.M., Casper B.B., Fukami T., Kardol P., Klironomos J.N., Kulmatiski A., Schweitzer J.A., Suding K.N., Van de Voorde T.F.J., Wardle D.A. Plant–soil feedbacks: the past, the present and future challenges // Journal of Ecology. 2013. V. 101. Р. 265–276. doi: 10.1111/1365-2745.12054

  • Verhoeven J.T.A., Liefveld W.M. The ecological significance of organochemical compounds in Sphagnum // Acta Botanica Neerlandica. 1997. V. 46. N 2. Р. 117–130.