Влияние выпаса на биологическую активность и соотношение фракций минерализуемого органического вещества почв на карбонатных породах в субальпийской зоне Восточного Кавказа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрено влияние интенсивности выпаса на физико-химические свойства и биологическую активность почв горных пастбищ Восточного Кавказа. Объектами исследования стали перегнойно-темногумусовые почвы на делювии верхнемеловых известняков на абсолютных высотах 1620–1660 м. Определяли микробную биомассу, ферментативную активность, а также размеры фракций пула активного органического вещества почв. Установлено, что в почвах на склонах южной экспозиции интенсивный выпас вызывает снижение содержания Сорг и микробной биомассы, при этом возрастают значения рН, содержание карбонатов, активность уреазы и скелетность почвы. На северных склонах интенсивный выпас в большей мере сказывается на уменьшении активности β-глюкозидазы и увеличении активности щелочной фосфатазы, а также приводит к увеличению биомассы грибного мицелия. Интенсивный выпас обусловил изменения структуры активного пула органического вещества почв. Время полного разложения трудноминерализуемых фракций углерода в зоне интенсивного выпаса на склоне северной экспозиции снизилось в 2 раза. На склонах южной экспозиции отмечено уменьшение фракций потенциально-минерализуемого и трудноминерализуемого углерода. При этом содержание легкоминерализуемого углерода сократилось в меньшей степени. В почвах северного склона усиление интенсивности выпаса, напротив, вызывает некоторое возрастание фракций активного пула органического вещества. Таким образом, органическое вещество и биологическая активность почв склонов южной экспозиции в горной зоне Восточного Кавказа в большей степени подвержены деструктивному влиянию выпаса, что необходимо учитывать при расчетах норм пастбищной нагрузки.

Об авторах

В. Н. Пинской

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pinskoy@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-7463-5186
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, 142290

И. А. Шаев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: pinskoy@inbox.ru
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, 142290

Е. А. Кутузова

Тульский государственный университет

Email: pinskoy@inbox.ru

Department of Biology

Россия, пр-т Ленина, 92, Тула, 300600

Е. В. Чернышева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: pinskoy@inbox.ru
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, 142290

Т. В. Кузнецова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: pinskoy@inbox.ru
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, 142290

И. А. Идрисов

Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН

Email: pinskoy@inbox.ru

Институт геологии

Россия, ул. М. Ярагского, 75, Махачкала, 367025

А. В. Борисов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: pinskoy@inbox.ru
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, 142290

Список литературы

  1. Альтудов Ю.К., Занилов А.Х., Зашакуев З.Т. Оценка перспектив декарбонизации отрасли растениеводства Кабардино-Балкарской Республики // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2021. № 5. С. 60–65.
  2. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Гавриленко Е.Г. Особенности определения углерода микробной биомассы почвы методом субстрат-индуцированного дыхания // Почвоведение. 2011. Т. 44. № 11. С. 1327–1333.
  3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 490 с.
  4. Бажа С.Н. Баясгалан Д., Гунин П.Д., Данжалова Е.В., Дробышев Ю.И., Казанцева Т.И., Хадбаатар С. Особенности пастбищной дигрессии степных экосистем Центральной Монголии // Ботанический журнал. 2008. Т. 93. № 5. С. 657–681.
  5. Байраков И.А. Ландшафтно-экологическая диагностика геосистем Северо-Восточного Кавказа (на примере Чеченской Республики). Дис.... д-ра геогр. наук. Пермь 2012. https://www.dissercat.com/content/landshaftno-ekologicheskaya-diagnostika-geosistemsevero-vostochnogo-kavkaza-na-primere-chec/read
  6. Бекмурзаева Р.Х., Булаева Н.М. Мониторинг выбросов парниковых газов на карбоновом полигоне “WAY CARBON” методом регенеративного животноводства // Юг России: экология, развитие. 2023. Т. 18. № 3. С. 153–160.
  7. Большая Российская энциклопедия. В 30 т. М.: Большая Российская энциклопедия, 2004. С. 30.
  8. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 272 с.
  9. Даденко Е.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Влияние пастбищной нагрузки на ферментативную активность лесных почв Северо-Западного Кавказа // Известия Самарского НЦ РАН. 2016. Т. 18. № 2. С. 345–348.
  10. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология: учебник для вузов по направлениям и специальностям агрономического образования. М.: Дрофа, 2005. Т. 445.
  11. Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабьева И.П., Мирчинк Т.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1980. 224 с.
  12. Зотов А.А. Трофимов И.А., Шамсутдинов З.Ш., Савченко И.В., Кутузова А.А., Тебердиев Д.М., Абонеев В.В. Создание и использование продуктивных и устойчивых кормовых угодий Северо-Кавказского природно-экономического района Российской Федерации. Москва. 2008. 63 с.
  13. Казеев К.Ш., Кутровский М.А., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние карбонатности пород на биологические свойства горных почв Северо-Западного Кавказа // Почвоведение. 2012. № 3. С. 327–327.
  14. Каширская Н.Н., Потапова А.В., Дубовик Е.В., Лягузина Е.А. Влияние пастбищной нагрузки на биологическую активность пустынно-степных почв различного гранулометрического состава // Почва как компонент биосферы: эволюция, функционирование и экологические аспекты. 2020. С. 85–88.
  15. Попкова А.К., Идрисов И.А., Пинской В.Н., Ельцов М.В., Борисов А.В. Химические свойства и биологическая активность почв на акчагыльских глинах в Восточном Предкавказье в условиях интенсивной пастбищной нагрузки // Региональные геосистемы. 2022. Т. 46. № 2. С. 173–183.
  16. Семенов В.М., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Тулина А.С. Минерализуемость органического вещества и секвестрирующая емкость почв зонального ряда // Почвоведение. 2008. № 7. С. 819–832.
  17. Семенов В.М., Кравченко И.К., Иванникова Л.А., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А., Гисперт М., Пардини Дж. Экспериментальное определение активного органического вещества в некоторых почвах природных и сельскохозяйственных экосистем // Почвоведение. 2006. № 3. С. 282–292.
  18. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с. ISBN 978-5-89118-702-3
  19. Семенов В.М. Лебедева Т.Н., Лопес Де Гереню В.О. Овсепян Л. А., Семенов М.В., Курганова И. Н. Пулы и фракции органического углерода в почве: структура, функции и методы определения // Почвы и окружающая среда. 2023. Т. 6. № 1. С. 4–19.
  20. Темботова Ф.А., Чадаева В.А., Горобцова О.Н., Пшегусов Р.Х., Цепкова Н.Л., Темботов К.Х., Хакунова Е.М. Закономерности пастбищной деградации семиаридных горных экосистем Центрального Кавказа // Известия РАН. Сер. Географическая. 2024. Т. 87. № 7. С. 1097–1112.
  21. Тулина А.С., Семенов В.М., Розанова Л.Н., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А. Влияние влажности на стабильность органического вещества почв и растительных остатков // Почвоведение. 2009. № 11. С. 1333–1340.
  22. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М.: Наука, 1982. 203 с.
  23. Хомяков Д.М., Азиков Д.А. Эколого-почвенные аспекты земледелия России // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 4. С. 50–55.
  24. Аnderson, J.P.E., Domsch K.H.A. Physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. P. 215–221.
  25. Country indicators. FAO. FAOSTAT. http://www.fao.org/faostat/ru/#country/185 (01.02.2020)
  26. Cowie A., Lonergan, V.E., Rabbi F.S.M., Fornasier F., Macdonald C., Harden S., Akitomo Kawasaki A. et al. The impact of carbon farming practices on soil carbon in northern New South Wales // Soil Res. 2013. V. 51. P. 707–718. https://doi.org/10.1071/SR13043
  27. Dick R.P., Sandor J.A., Eash N.S. Soil Enzyme activities after 1500 years of terrace agriculture in Peru // Agriculture, Ecosystems Environment. 1996. V. 57. P. 239–248.
  28. Dos Santos J.V., Raimundo Bento L., Dias Bresolin J., Corso Mitsuyuki M., Perondi Anchão Oliveira P., Macedo Pezzopane J.R. The long-term effects of intensive grazing and silvopastoral systems on soil physicochemical properties, enzymatic activity, and microbial biomass // Catena. 219. V. 2022. P. 106619. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106619
  29. Holechek J.L. Gomez H., Molinar F., Galt D. Grazing studies: what we’ve learned // Rangelands Archives. 1999. V. 21. P. 12–16.
  30. Hood-Nowotny R., Umana N.H.N., Inselbacher E., Oswald-Lachouani P., Wanek W. Alternative methods for measuring inorganic, organic, and total dissolved nitrogen in soil // Soil Sci. Soc. Am. J. 2010. V. 74. P. 1018–1027.
  31. Кandeler E., Gerber H. Short-term assay of urease activity using colorimetric determination of ammonium // Biol. Fertile. Soils. 1988. V. 6. P. 68–72.
  32. Keenor S.G., Rodrigues A.F., Mao L., Latawiec A.E., Harwood A.R., Reid B.J. Capturing a soil carbon economy // Royal Soc. Open Sci. 2021. V. 8. Р. 202305.
  33. Khomutova T.E., Fornasier F., Yeltsov M.V., Chernysheva E.V., Borisov A.V. Influence of Grazing on the Structure and Biological Activity of Dry steppe soils of the Southern Russian Plain // Land Degradation and Development. 2021. V. 32. P. 4832–4844. https://doi.org/10.1002/ldr.4032
  34. Kieft T.L. Grazing and plant-canopy effects on semiarid soil microbial biomass and respiration // Biology and Fertility of Soils. 1994. Т. 18. Р. 155–162.
  35. Kucharski J. Jastrzebska E., Jastrzebska E., Wyszkowska J., Wyszkowska J., Hlasko A., Hlasko A. Effect of pollution with diesel oil and leaded petrol on biological properties of soil // Zeszyty Problemowe Postepow Nauk Rolniczych. 2000. V. 472. Р. 465–472.
  36. Milchunas D.G., Lauenroth W.K. Quantitative effects of grazing on vegetation and soils over a global range of environments: Ecological Archives M063-001 // Ecological Monographs. 1993. Т. 63. P. 327–366.
  37. Pinna M.V., Castaldi P., Deiana P., Pusino A., Garau G. Sorption behavior of sulfamethazine on unamended and manure-amended soils and short-term impact on soil microbial community // Ecotoxicol. Environ. Safety. 2012. V. 84. P. 234–242.
  38. Rong Y.P., Monaco T.A., Liu Z.K., Zhao M.L., Han G.D. Soil microbial community structure is unaltered by grazing intensity and plant species richness in a temperate grassland steppe in northern China // Eur. J. Soil Biol. 2022. V. 110. P. 103404. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2022.103404
  39. Shrestha G., Stahl P.D. Carbon accumulation and storage in semi-arid sagebrush steppe: effects of long-term grazing exclusion // Agriculture, Ecosystems Environment. 2008. V. 125. Р. 173–181.
  40. Sparling G.P. Ratio of microbial biomass carbon to soil organic carbon as a sensitive indicator of changes in soil organic matter // Soil Res. 1992. V. 30. P. 195-207.
  41. Wang L., Hamel C., Lu P., Wang J., Sun D., Wang Y., Gan G.Y. Using enzyme activities as an indicator of soil fertility in grassland-an academic dilemma // Frontiers Plant Sci. 2023. V. 14. P. 1175946.
  42. Welc M., Frossard E., Egli S., Bünemann E.K., Jansa J. Rhizosphere fungal assemblages and soil enzymatic activities in a 110-years alpine chronosequence // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 74. P. 21–30.
  43. Wei Y., Zhang Y., Wilson G.W., Guo Y., Bi Y., Xiong X., Liu N. Transformation of litter carbon to stable soil organic matter is facilitated by ungulate trampling // Geoderma. 2021. V. 385. P. 114828.
  44. Yong-Zhong S., Yu-Lin L., Jian-Yuan C., Wen-Zhi Z. Influences of continuous grazing and livestock exclusion on soil properties in a degraded sandy grassland, Inner Mongolia, northern China // Catena. 2005. V. 59. Р. 267–278.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта Кавказа (а) с расположением ключевых участков: (b) – интенсивный выпас на склоне южной экспозиции; (c) – интенсивный выпас на склоне северной экспозиции; (d) – умеренный выпас на склоне южной экспозиции; (е) – умеренный выпас на склоне северной экспозиции.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Биомасса грибного мицелия в почвах умеренного (Ⅰ) и интенсивного (II) выпаса на разных склонах.

Скачать (235KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Суточная интенсивность продуцирования С–СО2 (Ⅰ) и кумулятивное продуцирование С–СО2 (II) почвами на склонах северной и южной экспозиций в условиях умеренного (a) и интенсивного выпаса (b).

Скачать (416KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Содержание потенциально минерализуемого углерода (С0) в почвах с умеренным (I) и интенсивным (II) выпасом. (a) – потенциально-минерализуемый углерод; (b) – легкоминерализуемый углерод; (c) – трудноминерализуемый углерод и константа скорости минерализации (k).

Скачать (651KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Векторная диаграмма для некоторых почвенных параметров (a) и диаграмма рассеивания почвенных образцов в зонах умеренного и интенсивного выпаса на склонах северной и южной экспозиций (b).

Скачать (247KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025