Введение к работе
Актуальность исследования. Актуальность исследования ранних стадий почвообразования и процессов, происходящих на этих стадиях, бесспорна из-за усиливающегося техногенного пресса, в результате чего в ряде случаев происходит полное уничтожение экосистем и почв, на месте которых начинаются процессы развития молодых почв и формирования молодых экосистем на разнообразных почвообразующих субстратах. Помимо антропогенно перемещенных пород, которые становятся почвообразующими субстратами, образование молодых почв может происходить в процессе самозарастания подвижных песков, формирования почв в поймах рек и обсыхающих озер, формирования горных почв на территориях, освободившихся после отступления ледников.
Масса почвенных микроорганизмов составляет незначительную часть и от массы растительного опада, поступающего на разложение, и от общей массы почвенного органического вещества (0,27-4,8% общего углерода почвы [Anderson, Domsch, 1980]), Но через почвенную микробобиомассу проходит основная часть разлагающегося растительного и животного опада. Таким образом, почвенные микроорганизмы - это главный агент деструкции органического вещества и формирования гумуса.
Изучению почвенной микробной биомассы посвящено значительное количество исследований в России и за рубежом. Однако до настоящего времени основные особенности процесса формирования биомассы микроорганизмов на ранних стадиях суббореального и бореального почвообразования, изменение доли микробобиомассы в Сорг и характеристики метаболической активности почвенной микробной биомассы в этих условиях изучены лишь фрагментарно.
Цель исследования: Установить закономерности формирования и функционирования биомассы почвенных микроорганизмов на ранних стадиях суббореального и бореального почвообразования.
В задачи исследования входило:
Исследовать особенности процесса формирования запасов почвенной микробной биомассы и закономерности изменения ее метаболической активности в процессе разложения корневого материала травянистой растительности на ранних стадиях почвообразования.
Определить характер динамики почвенной микробобиомассы и особенности ее функционирования при моделировании различных режимов биологического круговорота.
3. Исследовать процесс гумусонакопления на первых этапах
почвообразования в связи с процессом формирования запаса почвенной мик
робной биомассы.
4. Выявить особенности функционирования почвенной микробной био
массы в процессе развития молодых почв по зональному типу.
5. Изучить динамику микробной биомассы и ее метаболической активности в процессе развития и эволюции интразональных почв, формирующихся на засоленных почвообразующих субстратах в пойме обсыхающего соленого озера, в поймах рек, на моренах отступающих ледников.
Научная новизна. В многолетних опытах получены количественные оценки процесса формирования запасов почвенной микробной биомассы и СоРг при разложении корневого материала травянистой растительности на ранних стадиях почвообразования. Установлено, что поступление в молодую почву больших масс корневого материала приводит к ускорению роста запасов микробобиомассы и показателей ее метаболической активности, при этом рост показателей метаболической активности опережает рост самой микробобиомассы. Показано, что скорость гумусонакопления находится в прямой зависимости от массы корневого материала, поступающего на разложение.
Оценены количественные характеристики процесса формирования запасов С- и N-микробной биомассы на ранних стадиях почвообразования. Установлено, что скорость накопления запасов микробобиомассы в молодых почвах значительно выше скорости накопления запасов почвенного органического вещества.
При моделировании различных режимов биологического круговорота впервые в условиях многолетнего лабораторного опыта показано, что определяющим фактором накопления и снижения запасов микробобиомассы и показателей ее метаболической активности, является поступление в субстрат корневого материала на разложение.
Выявлено, что стадии эволюции комплекса микроорганизмов в молодых зональных и интразональных почвах связаны со стадиями развития фитоце-нозов и с конкретными условиями почвообразования. Впервые показано, что наибольшее влияние этих условий проявляется на первых этапах развития почв.
Установлено, что концентрация солей в профиле молодой почвы и этап рассоления этого профиля определяют характер растительности, скорость накопления запасов Сорг, содержание микробобиомассы и уровень ее метаболической активности.
При изучении процесса эволюции пойменных почв впервые показано, что функциональные перестройки комплекса почвенных микроорганизмов в процессе почвообразования являются ответом на изменение гидротермического режима, окислительно-восстановительных условий и качественного состава органического вещества, поступающего в почву на разложение.
Научная и практическая значимость. Проведенные исследования вносят существенный вклад в теорию почвообразования, позволяют оценить долю активной части почвенного органического вещества, представленной биомассой почвенных микроорганизмов, в общем запасе Сорг на ранних ста-
диях суббореального и бореального почвообразования. Данные, полученные в процессе выполнения работы, являются научной основой для осуществления комплексного экологического мониторинга молодых почв и позволяют оценить стадии формирования основного компонента деструкционного звена биологического круговорота в процессе развития молодых зональных и ин-тразональных почв. Результаты исследований могут использоваться в процессе обучения студентов по специальности почвоведение. Защищаемые положения.
В процессе формирования молодых почв при увеличении запасов микробной биомассы доля углерода микробобиомассы в общем фонде Сорг снижается.
Рост биомассы микроорганизмов в процессе развития молодых почв сопровождается увеличением ее общей метаболической активности при снижении уровня удельной метаболической активности.
Особенности формирования запасов биомассы микроорганизмов и ее метаболическая активность на ранних стадиях развития почв определяются конкретными эдафическими условиями.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях: «Эколого-экономические основы безопасной жизнедеятельности» (Новосибирск, 1993), «Современные проблемы геодезии и оптики» (Новосибирск, 1998, 2003, 2005), «Biodiversity and dynamics of ecosystems in North Eurasia» (Новосибирск, 2000), «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии» (Пущино, 2000), «Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов» (Монголия, Ховд, 2001, 2003; Кызыл, 2005; Монголия, Ховд, 2009), «The continental carbon cycle» (Португалия, Лиссабон, 2003), «Биоресурсы и природопользование в Ханты-Мансийском автономном округе: проблемы и решения» (Сургут, 2006); Убсунурских Международных симпозиумах (Кызыл, 1997, 2000), III и IV съездах Докучаев-ского общества почвоведов (Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004), Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь» (Новосибирск, 2005-2009), Экологическом семинаре «Социально-экономические и технические проблемы экологии Сибирского региона» (Новосибирск, 2002).
Отдельные разделы работы были поддержаны грантами РФФИ: 93-04-20171, 96-07-89486, 97-04-49337, 99-04-49983, 00-04-49487, 03-04-49674; и Швейцарского национального научного фонда (SNSF): PI0I2-106827.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована 91 научная работа, в том числе 10 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора. Автором осуществлялась постановка проблемы и методическая разработка путей ее решения, планирование и проведение
полевых исследований, обработка, систематизация и интерпретация полученных данных, апробация и публикация результатов. Все полевые и лабораторные опыты проводились самим автором или при его непосредственном участии. Фактический материал собран автором за 20 лет проведения стационарных опытов и экспедиционных обследований разновозрастных почв в суббореальном и бореальном поясах Евразии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и списка литературы. Общий объем составляет 356 страниц машинописного текста, включая 22 таблицы и 76 рисунков. Список литературы содержит 407 работ, в том числе 138 на иностранных языках.
