Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина
Россия
Россия
Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина
Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина
Рассмотрена динамика разложения Heracleum sosnowskyi и доминантных видов растений злаково-разнотравного луга в лабораторном эксперименте. В качестве субстрата использованы образцы гумусово-аккумулятивного горизонта постагрогенной дерново-подзолистой почвы Республики Коми, время экспозиции – 75 суток, температура среды – +5 °С, влажность субстрата – 60 % от полной влагоемкости почвы. Показано, что в условиях контролируемого эксперимента различные части растений Heracleum sosnowskyi теряют за период экспозиции до 43-44 % от исходной сухой фитомассы, луговых злаков – до18-29 %. Основная доля убыли фитомассы приходится на первые 28 суток экспозиции. Для надземной части растений она составляет 70-78 % от суммарных потерь массы растений, для подземной части растений – 47-51 %.
дерново-подзолистые почвы, фитомасса, деструкция, залежь, борщевик Сосновского, 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. Кондратьев М.Н., Бударин С.Н., Ларикова Ю.С. Физиолого-экологические механизмы инвазивного проникновения борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden) в неиспользуемые агроэкосистемы // Известия ТСХА. 2015. Вып. 2. C. 36-49. EDN: https://elibrary.ru/UARXXL
2. Ашихмина Т.Я., Товстик Е.В., Адамович Т.А. Экологические факторы, определяющие естественную и антропогенную инвазию борщевика Сосновского Heracleum sosnowskyi Manden., меры борьбы с ним (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2023. №2. С. 20-31. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-2-020-031; EDN: https://elibrary.ru/UHRVHZ
3. Глушакова А.М., Качалкин А.В., Чернов И.Ю. Влияние инвазионных видов травянистых растений на структуру почвенных дрожжевых комплексов смешанного леса на примере Impatiens parviflora DC // Микробиология. 2015. Т. 84. № 5. С. 606-611. DOI: https://doi.org/10.7868/S0026365615050092; EDN: https://elibrary.ru/UIMGLR
4. Товстик Е.В., Широких А.А., Широких И.Г. Микробиологическое состояние почв под инвазивными зарослями борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi) // Вестник современных исследований. 2018. № 2.2 (17). С. 5-8. EDN: https://elibrary.ru/YUMNQA
5. Лаптева Е.М., Захожий И.Г., Далькэ И.В., Смотрина Ю.А., Генрих Э.А. Влияние инвазии борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) на плодородие постагрогенных почв Европейского Северо-Востока // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 3. С.66-73. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-066-073; EDN: https://elibrary.ru/KWJNFG
6. Жуйкова Т.В., Гордеева В.А., Мелинг Э.В., Безель В.С., Голоушкина Е.В. Изменение фитомассы травяных сообществ в ходе воостановительной сукцессии на агроземах и техноземах // Почва и окружающая среда. 2023. С. 762-766. EDN: https://elibrary.ru/BUJYZN
7. Мишуров В.П., Волкова Г.А., Портнягина Н.В. Интродукция полезных растений в подзоне средней тайги Республики Коми (Итоги работы ботанического сада за 50 лет; Т.1). Спб.: Hayка, 1999. 216 c.
