Методика и методы исследования
При получении аналитических данных, используемых в настоящей работе, применялась разработанная и апробированная методология исследования биологической активности (Казеев, 1996; Валькови др., 1999; Колесников и др., 2000) с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов (Агрохимические методы исследования почв, 1975; Практикум по агрохимии, 1989; Хазиев, 1990; Звягинцев, 1991).
В основу исследований был положен системный подход к познанию природных объектов и явлений. Изучение биологической активности почв проводилось в двух аспектах: сравнительно-географическом и профильно-генетическом. Сравнительно-географический метод – один из первых в течение длительного времени исследования в почвоведении (Прасолов, 1939). Его основателем считают В.В. Докучаева, который писал «…для истинного познания всякого естественно – исторического тела необходимо изучить по возможности все условия, влияющие на его образование и характер, необходимо пользоваться именно сравнительным методом исследования данного тела, в различной среде, при наличии разнообразнейших форм географических данных» (Докучаев, 1948). И.П. Герасимов и М.А. Глазовская (1960) отмечают, что основным методом научного исследования почв должно быть всестороннее изучение почвы и всех основных факторов почвообразования. Анализируя сущность сравнительно – географического метода в целом, А.А. Роде (1971) отмечал: «Сущность его (комплексного географического метода полевого исследования) заключается в сопряженном неразрывном изучении почв и факторов, их образующих». Докучаевский сравнительно-географический метод изучения почв заключается в познании почв в неразрывной связи с условиями и факторами почвообразования в различных географических условиях. Многие авторы увлекаются исследованием поверхностных или пахотных горизонтов, оставляя вне внимания большую часть почвенного профиля. Это сложный набор генетических горизонтов или слоев различного генезиса и свойств, безусловно, имеющие свои биологические особенности, не совпадающие со свойствами наиболее биологически активного поверхностного горизонта. Пахотные горизонты различных почв в различных природных зонах по своих характеристикам сравнительно уравниваются, приобретая свойства, необходимые для ведущих сельскохозяйственных культур. Поэтому профильное изучение биологии почв - актуальная задача, которая позволяет раскрыть новые закономерности генезиса почв информирования ее плодородия.
Для изучения морфологии почв и отбора почвенных образцов для последующих лабораторных работ были заложены полнопрофильные разрезы и прикопки к ним на типичных по рельефу и растительности ключевых участках. Географические координаты определены GPS навигатором Garmin. Были определены содержание гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей, рН, активность каталазы, инвертазы и дегидрогеназы, интенсивность начального роста редиса, обилие микроартропод и микрофлоры и др. (Казеев и др., 2003). Поскольку биологические свойства почв отличаются значительным природным варьированием, все образцы восточной (широтной) трансекты были отобраны в течение одного дня в сходных погодных условиях в августе 2007 и 2009 гг., При исследовании северной и южной частей меридиональной трансекты образцы также отбирали в течение светового дня в августе 2010 г. и июле 2012 г. Летний период наблюдения определен наиболее устойчивой погодой без резких изменений температуры и влажности.
Для определения численности мелких членистоногих (микроартропод) проводили отбор почвенных образов (по 10 на каждом участке типа почв) на глубину 0-20 см, послойно, через 5 см (объемом 125 см3) Экстракцию микроартропод проводили в воронках без электрического обогрева в течение 7 суток. Учитывали численность клещей и ногохвосток.
Для исследования микрофлоры были использованы свежеотобранные образцы почв при естественной влажности. Численность бактерий определяли на мясопептонном агаре (МПА). Обилие КОЕ грибов учитывали на подкисленной среде Чапека. Бактерии рода Azotobacter определяли методом комочков обрастания на безазотистой среде Эшби. О ферментативной активности почв судили по активности ферментов разных классов: оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа) и гидролаз – (-фруктофуранозидаза (инвертаза)). Активность почвенных ферментов изучали при естественной рН почвы. "Дыхание" почв определяли по Макарову в модификации Галстяна. Реакцию почв (рН) и окислительно-восстановительный потенциал определяли потенциометрическим методом. Содержание гумуса определяли методом Тюрина в модификации Никитина по окисляемости хромовой смесью. Содержание легкорастворимых солей определяли кондуктометрическим методом. Продуктивность почв определяли по изменению показателей интенсивности начального роста проростков редиса (длина корней, длина зеленых побегов). Исследования проводили в 3-9-кратной повторности.
Для определения различий в уровне биогенности и биологической активности разных почв определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы (Вальков и др.,1999; Казеев и др., 2003; Казеев, Колесников, 2012). Этот показатель оценивает совокупность биологических показателей, выраженных в разных единицах, и позволяет абстрагироваться от случайных колебаний, характерных для большинства биологических параметров. Для расчета ИПБС максимальное значение каждого из показателей в выборке принимается за 100% и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в остальных образцах.
Б1 = (Бх / Бmax) 100%,
где Б1 — относительный балл показателя, Бх — фактическое значение показателя, Бmax — максимальное значение показателя.
После этого рассчитывается средний оценочный балл изученных показателей. ИПБС почвы рассчитывают аналогично расчету относительного балла показателя.
Поскольку биологические свойства почв варьируют в широком диапазоне (Казеев и др., 2003, 2004; Казеев, Колесников, 2012) полученные в работе значения эколого-биологических показателей были подвергнуты вариационно-статистическому анализу, дисперсионному и корреляционному анализу (Дмитриев, 1995).
Для статистического анализа отобраны следующие климатические признаки: средняя годовая температура, годовая амплитуда температур, средние температуры января и июля, ΣТ10, количество осадков: среднегодовое, за вегетационный период (апрель-октябрь), зимнее и летнее (Справочник по климату …, 1968), индексы континентальности (ИК) Ценкера, Хромова, Горчинского и Конрада, коэффициенты увлажнения (КУ) по Мезенцеву и Высоцкому, индексы аридности (ИА) де Мартонна, Емберже и Стенца (Григорьев, 1964; Дажо, 1975; Хромов, 2001; Хрусталев, 2002; Eds Oliver , 1987). Коэффициенты и индексы рассчитывались по формулам:
Индекс аридности Емберже: Ia=(M+m)×(M-m)/100P,
где М- средняя максимальная температура июля, m - средняя минимальная температура января, Р- годовое количество осадков (в мм)
Индекс аридности Де Мартонна: Ia=P/(T+10),
где Р- годовое количество осадков, Т- среднегодовая температура
Индекс аридности Стенца: Ia= Е/R,
где R- годовое количество осадков, Е- испаряемость
Индекс континентальности по Горчинскому: К=1,74А/sinφ,
где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности
Индекс континентальности по Хромову: К=(А-5,4×sinφ)/А,
где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности
Индекс континентальности по Ценкеру: К=(А/φ)×100,
где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности
Индекс континентальности по Конраду: К=1,7*А/sin(φ+10)-14,
где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности
Коэффициент увлажнения Мезенцева: К=R/(0,2×Т10-306),
где R-годовое количество осадков, Т10-сумма активных температур выше 10˚С
Коэффициент увлажнения Высоцкого: К=R/Е,
где R- годовое количество осадков, Е- испаряемость
Годовая испаряемость напрямую зависит от средней июльской температуры и рассчитывается по формуле: Е = 1384-161,6 tиюля + 6,245 t²июля (Коломыц, 2003).
|
