Syktyvkar State University named after Pitirim Sorokin
Russian Federation
Russian Federation
Syktyvkar State University named after Pitirim Sorokin
Syktyvkar State University named after Pitirim Sorokin
The dynamics of decomposition of Heracleum sosnowskyi and dominant plant species of a grass meadow in a laboratory experiment is considered. Samples of the humus-accumulative horizon of the postagrogenic sod-podzolic soil of the Komi Republic were used as a substrate, the exposure time was 75 days, the ambient temperature was +5 ° C, the substrate humidity was 60% of the total moisture capacity of the soil. It is shown that under the controlled experimental conditions, various parts of Heracleum sosnowskyi plants lose up to 43-44% of the initial dry phytomass during the exposure period, and meadow cereals – up to 18-29%. The main part of the loss of phytomass falls on the first 28 days of exposure. For the aboveground part of plants, it is 70-78% of the total loss of plant mass, for the underground part of plants – 47-51%.
sod-podzolic soils, phytomass, destruction, deposit, hogweed, Heracleum sosnowskyi
Актуальность. В Республике Коми интродукция Heracleum sosnowskyi Manden. осуществлена в 60-е годы прошлого столетия. Начиная с 1990-х гг. XX в., вследствие вывода пахотных угодий из режима сельскохозяйственного использования и отсутствия контроля за посевами H. sosnowskyi, этот вид начал внедряться на антропогенно нарушенные территории и в постагрогенные экосистемы. Активная колонизация заброшенных земель растениями H. sosnowskyi с последующим формированием здесь монодоминантных зарослей обусловлена как спецификой биологии борщевика – их высокой семенной продуктивностью, отавностью, функциональной пластичностью и т.д. [1], так и наличием благоприятных абиотических факторов в условиях севера – доступность света, воды, элементов питания и пр. [2]. Известно, что внедрение H. sosnowskyi на залежные участки ведет к существенной перестройке микробных сообществ в почвах [3, 4] и изменению свойств почв [5]. В биоклиматических условиях средней тайги H. sosnowskyi формирует значительную фитомассу (порядка 20-22 т/га сухого вещества), до 78 % которой ежегодно включается в процессы минерализации и гумификации [5].
Цель данной работы заключалась в оценке скорости деструкции различных частей растений Heracleum sosnowskyi Manden. в заданных условиях среды.
Условия, объекты и методы исследования. Эксперимент выполнен в лабораторных условиях методом закладки сухих растительных образцов в почву [6]. Для эксперимента использовали образцы гумусо-аккумулятивного горизонта постагрогенной почвы (Республика Коми, средняя тайга, окрестности г. Сыктывкара). Образцы почв для эксперимента отбирали на залежном участке с мондоминантными зарослями H. sosnowskyi и в злаково-разнотравном фитоценозе. В качестве растительного материала использовали сухую массу: (1) листья и стебли H. sosnowskyi (соотношение 1:2); (2) стеблекорни H. sosnowskyi; (3) листья и стебли злаков (Phleum pratense L., Festuca pratensis Huds., Poa pratensis L., Dactylis glomerata L.); (4) корни и узлы кущения злаков. Растительный материал измельчали до 2,0 см, готовили для каждого варианта усредненную пробу массой 2,0 г. Пробу помещали в нейлоновые мешочки и размещали между слоями почвы в чашках Петри. Экспонировали образцы в термостате при температуре +5 °С, влажность субстрата – 60 % от полной влагоемкости почв. Время экспозиции – 10, 28, 42, 56 и 75 суток. Аэрацию субстратов осуществляли один раз в неделю. Повторность эксперимента – трехкратная. Статистическая обработка результатов выполнена с помощью программы Microcoft Exel 2010.
Обсуждение результатов. Проведенный лабораторный эксперимент показал, что, несмотря на сравнительно низкие температуры (+5 °С), процесс разложения растительных остатков в заданных условиях среды осуществлялся довольно интенсивно (см. рис.). Наиболее активно процесс деструкции протекал в варианте с образцами растений H. sosnowskyi. Потеря массы для стеблей и листьев в течение первых 10 суток составила 23,1±2,2 % от исходного веса, на 75 сутки – 43,2±3,2 % массы. Для стеблекорней этот показатель в первые десять дней был аналогичен надземной части растений – 21,2±1,1 %, в последующий период скорость деструкции несколько снизилась, однако к концу срока экспозиции убыль массы сравнялась с образцами надземной части растений и составила 43,9±2,8 % (см. рис.).
Скорость деструкции надземной и подземной частей злаков во все сроки отбора была достоверно ниже – убыль массы в вариантах с растительной массой злаков была в 1,4-1,9 (листья и стебли) и 2,4-2,9 (корни и узлы кущения) раза ниже, по сравнению с образцами растительной массы H. sosnowskyi. Более высокие темпы трансформации фитомассы H. sosnowskyi, по сравнению со злаковой растительностью, обусловлены высоким содержанием в органах и тканях борщевика азота, белков и углеводов [5, 7].
Во всех вариантах опыта основная доля потери фитомассы приходится на первые 28 суток эксперимента. За этот период потери надземной фитомассы составили 70-78 % от общих потерь, подземной части растений – 47-51 %. В последующие сроки экспозиции скорость разложения растительного материала снизилась на порядок. Это может быть связано с активной минерализацией в первые дни эксперимента в первую очередь легкоразлагаемых компонентов – углеводов, белков, аминокислот и т.д., и более затрудненной в последующие сроки экспозиции – лигнина и клетчатки.
Рисунок - Динамика убыли фитомассы в лабораторном эксперименте: 1 – Heracleum sosnowskyi (листья + стебли); 2 – H. sosnowskyi (стеблекорни); 3 – злаки (листья + стебли); 4 – злаки (корни и узлы кущения). Планками погрешности показана величина стандартного среднеквадратичного отклонения.
Ранее нами был выполнен лабораторный эксперимент по оценке скорости разложения фитомассы H. sosnowskyi и злаково-разнотравного сообщества при температуре +28 °С [5]. Результаты эксперимента показали, что за 30 суток экспозиции убыль растительного субстрата H. sosnowskyi составила для стеблей и листьев порядка 45 %, для стеблекорней – 65 % от начальной массы. За этот же период фитомасса злаково-разнотравного сообщества разложилась на 21-25 %. При низких температурах (+5 °С) интенсивность деструкции надземных и подземных органов рассмотренных растений в 1,3-2,9 раза ниже. Однако при сохранении таких условий в течении длительного времени (2,5 месяца), процесс разложения фитомассы продолжается и приводит к ее убыли, сопоставимой для более короткого промежутка времени, в течение которого обеспечиваются оптимальные для жизнедеятельности микроорганизмов температуры среды. Это объясняет активную минерализацию в осенний период растительного опада в монодоминантных зарослях H. sosnowskyi, сформированных в постагрогенных экосистемах средней тайги Республики Коми. Для осеннего периода в регионе характерны положительные температуры воздуха и почвы при достаточном уровне увлажнения, необходимом для жизнедеятельности почвенной микробиоты, – норматив среднемесячной температуры воздуха в сентябре +8,6 °С, суммы осадков 62 мм, в октябре соответственно +1,9 °С и 60 мм (https://meteoinfo.ru/climatcities). По данным наших наблюдений, проведенным в 2022 г. с использованием температурных логгеров, среднемесячная температура воздуха в сентябре составила +7,3 °С, почвы на глубине 5 см – +9.1 °С, 15 см – +8,4 °С, октябре соответственно +4,4 °С, +7,0 °С, +6,6 °С.
Таким образом, в лабораторном эксперименте показано, что при заданных условиях (температура +5 °С, влажность субстрата 60 % от полной влагоемкости, срок экспозиции 75 суток) фитомассу растений постагрогенных экосистем можно выстроить в следующий ряд с учетом темпов их деструкции: листья и стебли H. sosnowskyi = стеблекорни растений H. sosnowskyi > надземная часть луговых злаков > корни и узлы кущения луговых злаков. Основные потери фитомассы происходят в первые сроки экспозиции (28 дней), в последующие дни и недели скорость разложения фитомассы снижается на порядок. Полученные результаты, учитывая климатические условия средней тайги Республики Коми, свидетельствуют о возможности активной минерализации опада H. sosnowskyi в постагрогенных экосистемах региона вплоть до установления устойчивого снежного покрова (ноябрь месяц).
Работа выполнена в рамках тем государственного задания ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (номера госрегистрации: 122040600023-8 и 122040600021-4).
1. Kondrat'ev M.N., Budarin S.N., Larikova Yu.S. Fiziologo-ekologicheskie mehanizmy invazivnogo proniknoveniya borschevika Sosnovskogo (Heracleum sosnowskyi Manden) v neispol'zuemye agroekosistemy // Izvestiya TSHA. 2015. Vyp. 2. C. 36-49. EDN: https://elibrary.ru/UARXXL
2. Ashihmina T.Ya., Tovstik E.V., Adamovich T.A. Ekologicheskie faktory, opredelyayuschie estestvennuyu i antropogennuyu invaziyu borschevika Sosnovskogo Heracleum sosnowskyi Manden., mery bor'by s nim (obzor) // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2023. №2. S. 20-31. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-2-020-031; EDN: https://elibrary.ru/UHRVHZ
3. Glushakova A.M., Kachalkin A.V., Chernov I.Yu. Vliyanie invazionnyh vidov travyanistyh rasteniy na strukturu pochvennyh drozhzhevyh kompleksov smeshannogo lesa na primere Impatiens parviflora DC // Mikrobiologiya. 2015. T. 84. № 5. S. 606-611. DOI: https://doi.org/10.7868/S0026365615050092; EDN: https://elibrary.ru/UIMGLR
4. Tovstik E.V., Shirokih A.A., Shirokih I.G. Mikrobiologicheskoe sostoyanie pochv pod invazivnymi zaroslyami borschevika Sosnovskogo (Heracleum sosnowskyi) // Vestnik sovremennyh issledovaniy. 2018. № 2.2 (17). S. 5-8. EDN: https://elibrary.ru/YUMNQA
5. Lapteva E.M., Zahozhiy I.G., Dal'ke I.V., Smotrina Yu.A., Genrih E.A. Vliyanie invazii borschevika Sosnovskogo (Heracleum sosnowskyi Manden.) na plodorodie postagrogennyh pochv Evropeyskogo Severo-Vostoka // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2021. № 3. S.66-73. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-066-073; EDN: https://elibrary.ru/KWJNFG
6. Zhuykova T.V., Gordeeva V.A., Meling E.V., Bezel' V.S., Goloushkina E.V. Izmenenie fitomassy travyanyh soobschestv v hode voostanovitel'noy sukcessii na agrozemah i tehnozemah // Pochva i okruzhayuschaya sreda. 2023. S. 762-766. EDN: https://elibrary.ru/BUJYZN
7. Mishurov V.P., Volkova G.A., Portnyagina N.V. Introdukciya poleznyh rasteniy v podzone sredney taygi Respubliki Komi (Itogi raboty botanicheskogo sada za 50 let; T.1). Spb.: Hayka, 1999. 216 c.
