Введение к работе
Актуальность темы. Биологическая активность почв выполняет важную роль в преобразовании веществ и энергии в процессе функционирования лесных биогеоценозов. В степных лесах в силу их экстразональности складываются необычные, специфические условия для формирования биологической активности почвы, которая здесь изучена недостаточно. Это обуславливает актуальность темы данной работы.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Представленная работа связана с планом основных на^чно-исследовательских работ Самарского госуниверситета по теме «Проблемы охраны природных экосистем и биомониторинг в условиях лесостепной и степной зоны» по приоритетному направлению фундаментальных исследований в области биологических наук «Биология популяций, биоценозы, биоразнообразие», включенной в план РАН по программе «Проблемы экологии биологических систем» и в план Головного совета Министерства образования РФ «Охрана окружающей среды» по программе «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии человека».
Цель н задачи исследовании. Целью работы является изучение особенностей формирования биологической активности почвы в естественных лесах степного Заволжья под влиянием различных экологических факторов. В задачи исследования входило: 1)изучить каталазную, протео-литическую, уреазную, целлюлозоразрушающую активность, накопление в почве свободных аминокислот, ингибиторов роста, а также уровень мик-робиалыюй активности (объем базального дыхания, коэффициент суб-страт-нндуцированного «дыхания почвы») в разнообразных типах естественных лесов степного Заволжья, развивающихся в различных экологических условиях (на примере Красносамарского лесничества); 2)исследовать целлюлозоразрушающую каталазную протеолитическую уреазную активность накопление ингибиторов роста в почвах парковых лесонасаждений крупного промышленного города (на. примере города Самары); 3) сравнить показатели биологической активности почвы в условиях естественных и городских парковых лесонасаждений; 4") оценить влияние различных зкологических факторов на формирование биологической актив-
ітости почвы Б естественных леезх степного лжья
Научная новизна. Автором впервые исследованы уровень каталаз-
НОИ, протеолитнческои, уреазнои, целлюлозоразрушающей активности, накопление в почве свободных аминокислот, ингибиторов роста, а также уровень микробиальиой активности во всех почвенных горизонтах в разнообразных типах естественных лесов степного Заволжья в зависимости от различных экологических факторов. Всесторонне изучены изменения ка-талазной, уреазнои, целлюлозоразрушающей активности, накопление ингибиторов роста в почвах городских парковых лесонасаждений, находящихся в различных экологических условиях. Осуществлено сравнение показателей биологической активности почвы в естественных лесах и городских парковых лесонасаждениях. Впервые дана комплексная оценка значимости различных экологических факторов в формировании отдельных составляющих биологической активности почвы в естественных лесах степного Заволжья.
Теоретическое значение работы. Материалы, отраженные в диссертации, могут быть использованы для развития теоретических основ экологии почв и экологии лесных сообществ применительно к условиям степной зоны.
Практическое значение работы. Материалы диссертации, сформулированные в ней научные положения и выводы могут найти применение в работе природоохранных и лесохозяйственных организаций при оценке состояния лесных сообществ.
Реализация результатов исследования. Материалы диссертации включены в отчет-о НИР «Оценка состояния естественных и антропогенно измененных лесных массивов г. Самары», выполненной по заданию Самарского городского комитета охраны природы. Они внедрены и используются в работе отделов по озеленению администраций Ленинского и Октябрьского районов г. Самары, а также при реконструции спорткомплекса «Металлург». Результаты диссертации используются в учебном процессе на специальности «Биология» в Самарском государственном университете.
Апробация работы. Результаты исследований по диссертации докладывались на Международных научных конференциях "Вопросы биоиндикации и экологии" (Запорожье, 1998), «Экологические проблемы больших городов» (Санкт-Петербург, 1999), на межрегиональных научно-практических конференциях «Экологические проблемы Среднего Поволжья» (Ульяновск, 1999, 2000), на Всероссийской конференции молодых ученых «Экология и безопасность биосферы» (Екатеринбург, 2000), на на-
учных конференциях Самарского госуниверситета (1998-2000 гг.).
Публикация результатов исследований. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах.
Декларация личного участия автора. Автор лично провел в 1998-2000 гг. полевые исследования, осуществил закладку почвенных шурфов, отбор образцов почвы и подстилки на 7 пробных площадях в условиях естественных лесов и 6 пробных площадях в городских (парковых) насаждениях. Все работы, связанные с лабораторной подготовкой и анализом образцов почвы, определение показателей биологической активности почвы, математическая обработка цифровых материалов, интерпретация фактических данных и написание текста диссертации осуществлены автором самостоятельно. В диссертации использованы работы опубликованные в соавторстве. Доля личного участия автора в написании и подготовке этих публикаций составляет 60-90 %.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Целлюлозоразрушающая активность в естественных лесах степного Заволжья проявляется в наибольшей степени в поверхностных горизонтах почвы и уменьшается с глубиной. В липовых дубравах целлюлозоразрушающая активность усиливается с возрастанием почвенного увлажнения в понижениях рельефа и ослабляется в условиях слабосолонцеватой аллювиальной суглинистой почвы. В идентичных лесорастительных условиях целлюлозоразрушающая активность почвы в березняках и осинниках существенно выше, чем в липовой дубраве и искусственном сосновом насаждении, что связано с особенностями химического состава лесной подстилки. Чем интенсивнее деструкция листового опада тем выше уровень целлюлозоразрушающей активности в соответствующей почве.
-
Общей тенденцией в естественных лесонасаждениях степного Заволжья является снижение каталазной активности с глубиной залегания почвенных горизонтов. Она проявляется во всех генетических горизонтах, включая материнскую породу. В перегнойно-аккумулятивном горизонте липовых дубрав каталазпая активность снижается с увеличением градации почвенного увлажнения в понижениях рельефа, достигая максимальных значений в хорошо и равномерно увлажненном почвенном профиле крат-копоемной чернокленово-липовой дубравы. Протеазпая активность почвы в липовых дубравах снижается с увеличением почвенного увлажнения. В условиях песчаных почв со свежеватым и свежим типом увлажнения про-
теазная активность возрастает в ряду: осинник -> сосняк -> березняк -> липовая дубрава. Уреазная активность проявляется во всех генетических горизонтах почвы, включая материнскую породу. В липовых дубравах она возрастает в почвенном профиле в понижениях рельефа с усилением увлажнения.
-
В почве липовых дубрав, осинника, березняка и сосняка содержатся вещества, обладающие ингибирующими свойствами. В особенности много их в перегнойно-аккумулятивном горизонте липовых дубрав на свежеватых песке и супеси; с увеличением почвенного увлажнения инги-бирующая биотест активность снижается. Это коррелирует с увеличением степени разложения лесной подстилки. В почве осинника, березняка и сосняка содержание ингибиторов роста несколько меньше, чем в липовых дубравах.
-
Во всех лесонасаждениях общая микробиальная активность, определяемая по объему базального «дыхания почвы», снижается с глубиной залегания генетического горизонта. В липовых дубравах она уменьшается с увеличением почвенного увлажнения, достигая минимума в краткопоем-ной чернокленово-липовой дубраве на влажном слабосолонцеватом суглинке. На свежеватых и свежих песчаных почвах арены объемы базального дыхания в поверхностных горизонтах (A+Bi) возрастают в ряду: осинник -» сосняк -» березняк к- »иповая яубрава.
-
Каталазная и уреазная активность почвы несколько выше в городских (парковых) дубравах, чем в сходных с ними по лесорастительным условиям естественных дубравах Красносамарского лесничества, находящегося на большом расстоянии от промышленных центров, а целлюлозораз-рушающая активность почв - наоборот. В дубравах, находящихся на территории как городских парков, так и Красносамарского лесничества, цел-люлозоразрушающая и уреазная активность почвы возрастает с усилением почвенного увлажнения. Содержание ингибирующих рост биотеста веществ в сходных лесорастительных условиях несколько больше в дубравах Красносамарского лесничества, чем в городских парковых дубравах. Ин-гибирующая активность убывает с усилением почвенного увлажнения.
6. Каталазная активность почв изученных естественных лесных со
обществ степного Заволжья достоверно коррелирует с положением в рель
ефе, механическим составом и кислотностью почвы, а также с толщиной и
массой гумусированного слоя подстилки. Уреазная активность связана с
содержанием в почве карбонатов и уровнем ее кислотности. Целлюлозо-разрушающая активность почвы зависит от солевого режима и глубины залегания почвенных горизонтов. Субстрат-индуцированное дыхание обнаруживает связь с увлажнением почвы и толщиной опадпого слоя подстилки. Содержание ингибирующих биотест веществ зависит от состава древостоя, механического состава почвы и наличия в ней карбонатов, от степени покрытия почвы подстилкой.
Объем и структура работы. Диссертация, общим объемом 146 страниц, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 19 рисунков, 4 таблицы и 3 приложения. Список литературы включает 147 источников, из них 20 иностранных.