БИОРАЗНООБРАЗИЕ ПЕДОЦЕНОЗОВ КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ АГРОЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО ПРИУРАЛЬЯ

Канакова А.А.

ORCID: 0000-0002-0686-1130, Кандидат биологических наук, доцент, Оренбургский государственный аграрный университет

БИОРАЗНООБРАЗИЕ ПЕДОЦЕНОЗОВ КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ АГРОЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО ПРИУРАЛЬЯ

Аннотация

В статье представлены исследования по изучению педоценозов пашенных почв в условиях сухостепной зоны Южного Приуралья. Полученные данные биологического разнообразия почвенной биоты использованы нами в качестве одного из диагностических признаков устойчивости агроэкосистем. Определены индексы биологического разнообразия и доминирования, которые отражают экологическое состояние изучаемых педоценозов. Изучаемые пашенные почвы имеют среднее значение индексов биоразнообразия почвенных беспозвоночных, что характеризует степные агроэкосистемы как среднеустойчивые к факторам окружающей среды.

Ключевые слова: педоценоз, биоразнообразие, почвенные беспозвоночные, устойчивость агроэкосистем.

Kanakova A. A.

ORCID: 0000-0002-0686-1130, PhD in Biology, Associate professor, Orenburg state agrarian University

BIODIVERSITY OF PEDOCENOSES AS A STABILITY FACTOR OF AGROECOSYSTEMS UNDER CONDITIONS OF DRY ZONE OF THE SOUTH CISURALS

Abstract

The paper presents the research of pedogeneses of agrogenic soil under conditions of the dry steppe zone of the Southern Cisurals. We used the obtained data of the biological diversity of soil biota as one of the diagnostic features of the stability of agroecosystems. The indices of biological diversity and domination were determined, reflecting the ecological state of the studied pedocoenoses. The soils studied have the average index of biodiversity of soil invertebrates, and that characterizes steppe agroecosystems as medium-resistant to environmental factors.

Keywords: pedocenosis, biodiversity, soil invertebrates, stability of agroecosystems.

Резкоконтинентальные климатические условия сухостепной зоны Южного Приуралья (недостаточное количество атмосферных осадков от 260 до 505 мм в год, частые суховеи, абсолютная амплитуда температуры составляет 85 – 87 ⁰С) оказывают влияние на состояние почв как природных, так и агроэкосистем. На данный момент состояние почв агроэкосистем оценивают по урожайности возделываемых на них культур и по свойствам почв. Эти свойства называют диагностическими признаками,  под которыми подразумеваются: мощность гумусового горизонта пахотного слоя; содержание гумуса в % и его запас в т/га; содержание валовых и подвижных запасов, фосфора и калия (т/га); механический состав; рН солевой вытяжки и т.д. Однако при этом не учитывают такой компонент педоценозов, как почвенные организмы. От характера и интенсивности деятельности почвенной биоты зависят аэрация и порозность почв, оструктуренность почвенных агрегаций, микробиологические процессы, степень доступности элементов питания для растительных организмов. Многообразие выполняемых функций почвенными животными определяет целостность, а также способность педоценозов противостоять дестабилизирующим факторам окружающей среды.

Нами проведены исследования пашенных почв чернозема южного, который характеризуется маломощным гумусовым горизонтом. Содержание гумуса 3-6 %, pH 6,1- 6,9, обеспеченность фосфором составила 4,6 – 5,3 мг/кг, содержание нитратного азота оптимальное, в пределах 12,7 – 15,5 мг/кг, а обеспеченность аммонийным азотом почвы низкая и составила 0,9 – 1,2 мг/кг.

Эксперимент проводили в зернопропашном севообороте: озимая пшеница, ячмень, подсолнечник, чистый пар. Полевые опыты проводили, основываясь на рекомендациях Доспехова Б.А., ГОСТов.

Изучение и определение почвенных беспозвоночных проводили методом прямого ручного разбора проб по Гилярову М.С. [1, С. 9 - 58]. Для обработки данных по численности почвенных беспозвоночных использовали индекс биологического разнообразия Макинтоша (Нм) и индекс доминирования Энгельмана (D) [4, С. 48 - 50]. Первичный материал обрабатывался вариационно-статистическими методами по Доспехову Б.А. [2, С. 268] с использование программы Statistica 6.0 и Microsoft Excel.

Расчеты индекса доминировнаия Энгельмана показали, что при изучении педоценозов, на которых возделывалась озимая пшеница, эудоминантами являлись дождевые черви (62,4 %), относящиеся к детритофагам, и, способные к более интенсивному образованию гумуса, по сравнению с почвой. Доминантами были коллемболы (13,2 %) и энхитреиды (16,1 %), являющиеся микробофагами и фитосапрофагами, играющие также большую роль в увеличении разложения органического вещества, и в улучшении водно-воздушного обмена, благодаря перемешиванию слоев почвы. К субдоминантам относились муравьи (5,5 %), а к рецедентам личинки жуков (2,8 %). Значение индекса Макинтоша составило Нм=0,31 ед, что свидетельствует об умеренном видовом разнообразии почвенных беспозвоночных пашни при возделывании озимой пшеницы.

При возделывании ячменя в изучаемых педоценозах доминантами остались дождевые черви (16,9 %) и коллемболы (23,7 %). Субдоминантами являлись клещи (4,1 %), энхитреиды (9,7 %), личинки жуков-щелкунов (6,4 %), муравьи (6,2 %), личинки муравьев (9,8 %), яйца муравьев (9,4 %). К рецедентам относились пауки (2,1 %), а к субрецедентам личинки жуков (1,1 %) и жуки (1,1 %). Значение индекса Нм=0,24 ед говорит о низком видовом разнообразии почвенных беспозвоночных пашни.

Согласно индексу Энгельмана при выращивании подсолнечника, доминантами выступали коллемболы (15,1 %), относящиеся к сапрофагам, и увеличивающие процесс гумификации. Также жуки (34,9 %), которые являются миксотрофами. Субдоминантами были личинки жуков-щелкунов(5,7 %), муравьи (8,1 %), личинки муравьев (7,6 %), дождевые черви (9,6 %). Рецедентами являлись энхитериды (2,2 %) и личинки двукрылых (1,7 %). Значение индекса составило Нм=0,19 ед, что соответствует низкому разнообразию в период возделывания подсолнечника.

На паровом поле индекс доминирования почвенных организмов показал, что доминантами были дождевые черви (30,6 %), коллемболы (14,3 %) и жуки (17,7 %). Субдоминантами являлись пауки (6,8), клещи (5,1 %), личинки жуков-щелкунов (5,3 %), муравьи (8,4 %), яйца муравьев (7,9 %), а рецедентами были личинки жуков (1,9 %) и личинки двукрылых (2,0 %). Значение индекса Макинтоша составило 0,38 ед, что свидетельствует об умеренном видовом разнообразии почвенных беспозвоночных на паровом поле.

Изучаемые педоценозы пашенных почв отличаются сниженным индексом разнообразия почвенных беспозвоночных. Именно это и является причиной невосполнимых потерь плодородия, а также снижения их устойчивости.

Устойчивость и естественных экосистем и агроэкосистем сохраняется в том случае, когда не нарушаются ее долговременные функции: продуктивность и биоразнообразие. Ведь согласно М.С. Гилярову [3, С. 14], чем богаче видовое разнообразие педоценозов, тем они устойчивее.

Это доказывается проведенными нами ранее исследованиями естественных педоценозов чернозема южного в условиях разнотравной и типчаково-ковыльной степи на равнинной местности [3, С. 13 - 16]. В естественных педоценозах расчет индекса доминирования показал, что эудоминантами выступали предпочитающие влажные местообитания коллемболы (55,6%), субдоминантами были муравьи (12,0%), дождевые черви (10,5%), жуки (8,7%), личинки двукрылых (8,5%), а рецедентами являлись почвенные клещи (2,5%) и пауки (2,1%). Значение индекса биологического разнообразия Нм=0,73 ед, что свидетельствует о видовом разнообразии почвенных беспозвоночных выше умеренного.

Конечно, любая агроэкосистема отличается от естественной экосистемы своей упрощенной структурой. Принудительное перемешивание почвенных масс, с помощью обрабатывающих орудий изменяют экологические ниши  существования почвенных беспозвоночных, играющих особую роль в почвообразовании. Однако, не смотря на это мы должны стремиться к формированию таких педоценозов, которые были бы приближены по своим свойствам к естественным, и соответственно были бы более устойчивыми.

Таким образом, агроэкосистемы в условиях сухостепной зоны испытывают постоянное воздействие лимитирующих факторов, которыми являются влагообеспеченность и резкие перепады температур, вызывающие быструю минерализацию и потерю структурности. В таких условиях стрессам подвержены все компоненты педоценозов, в том числе почвенные организмы. Изучение почвенных организмов, их экологических ниш и взаимоотношений при сельскохозяйственном производстве, позволит управлять ими и использовать в качестве диагностического признака для создания устойчивых, сбалансированных агроэкосистем в сложившихся сухостепных условиях Южного Приуралья.

Список литературы / References

1. Бызова Ю. Б. Количественные методы в почвенной зоологии / Ю. Б. Бызова, М. С. Гиляров, В. Дунгер и др. – М.: Наука, 1987. – 287 с.
2. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): учебник / Б. А. Доспехов. – 5-е изд., доп. и перераб. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.
3. Канакова А. А. Изучение биоразнообразия почвенных ценозов чернозема южного Оренбургской области / А. А. Канакова, О. И. Головкова // Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 5th International Academic Conference. April 29-30, 2014, St. Louis, Missouri, USA. P. 13 – 16.
4. Криволуцкий Д. А. Почвенная фауна в экологическом контроле: монография / Д. А. Криволуцкий. – М.: Наука, 1993. – 277 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Byzova Ju. B. Kolichestvennye metody v pochvennoj zoologii [Quantitative methods in soil Zoology] / Ju. B. Byzova, M. S. Giljarov, V. Dunger i dr. – M.: Nauka, 1987. – 287 p. [in Russian]
2. Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoj obrabotki rezul'tatov issledovanij): uchebnik [Methodology of field experiment (with bases of statistical processing of research results)] / B. A. Dospehov. – 5-e izd., dop. i pererab. – M.: Agropromizdat, 1985. – 351 p. [in Russian]
3. Kanakova A. A. Izuchenie bioraznoobrazija pochvennyh cenozov chernozema juzhnogo Orenburgskoj oblasti [Biodiversity of soil cenosis of Chernozem southern Orenburg region] / A. A. Kanakova, O. I. Golovkova // Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 5th International Academic Conference. April 29-30, 2014, St. Louis, Missouri, USA. P. 13 – 16.
4. Krivoluckij D. A. Pochvennaja fauna v jekologicheskom kontrole: monografija [Soil fauna in ecological control] / D. A. Krivoluckij. – M.: Nauka, 1993. – 277 p. [in Russian]