| Авторы |
Валерия Валерьевна Вилкова, м.н.с. Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского (3440906, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1374-3941; e-mail: lera.vilkova.00@mail.ru
Камиль Шагидуллович Казеев, д.г.н., директор Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского Южного федерального университета (3440906, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0252-6212, e-mail: kamil_kazeev@mail.ru
Дарья Алексеевна Привизенцева, стажер-исследователь, Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского (3440906, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1), e-mail: privizenceva@sfedu.ru
Михаил Сергеевич Нижельский, м.н.с. Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского (3440906, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1); e-mail: nizhelskiy@sfedu.ru
Сергей Ильич Колесников, д.с-х.н., профессор. Южный федеральный университет, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского (3440906, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194/1); iD ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5860-8420; e-mail: kolesnikov@sfedu.ru |
| Аннотация |
В связи с увеличивающейся частотой пожаров изучение влияния пирогенного фактора на состояние лесных экосистем становится все более актуальной темой исследований для ученых во всем мире. Особый интерес изучения вызывает не только прямое воздействие пожара, но и косвенное, проявляющееся на ранних стадиях сукцессии. Исследования проведены на территории заповедника «Утриш» (Россия), расположенного на полуострове Абрау в северо-западной части Черноморского побережья Западного Кавказа. Территория заповедника «Утриш» сходна со всей зоной средиземноморского климата и представляет особый интерес изучения не только за счет произрастания уникальных можжевелово-фисташковых редколесий, но и за счет распространения редких для России коричневых почв (Cambisols). В результате пожара 2020 г. было уничтожено 4800 деревьев; значительно изменились биологические свойства коричневых почв, что привело к нарушению их экологических функций. Изменения свойств почв в первые несколько лет после пирогенного воздействия изучены в недостаточной мере по сравнению с долгосрочными изменениями. Целью исследования является изучение активности почвенных ферментов из класса оксидаз и гидролаз на территории заповедника «Утриш» сразу после пожара, спустя один год и спустя два года. В ходе проведения полевых исследований было заложено девять мониторинговых площадок по три площадки для слабой, средней и сильной степени повреждения огнем. За время исследования отобран 81 почвенный образец, по три индивидуальных образца с каждой мониторинговой площадки. Были исследованы следующие почвенные ферменты: каталаза, пероксидаза, инвертаза, уреаза, фосфатаза. Для оценки экологического состояния почв рассчитан интегральный показатель биологического состояния (ИПБС), и определено содержание органического углерода. Полученные результаты сравнивали с контрольными значениями, характерными для фоновой территории леса. Проведен корреляционный и факторный анализ. Рассчитан U-критерий Манна-Уитни для оценки достоверности полученных данных. Реакция ферментов зависит от вида фермента и степени повреждения огнем. Сразу после пожара в 2020 г. установлено значительное уменьшение активности каталазы, уреазы и инвертазы для слабой, средней и сильной степени повреждения в среднем на 53%. Активность фосфатазы достоверно не изменилась; активность пероксидазы, наоборот, повысилась в среднем на 47%; при этом чем сильнее воздействие, тем выше активность фермента. В 2020 г. экологическое состояние почв определено как неблагополучное, ИПБС снижен до 82–90%. В 2021 г. для слабой степени пирогенного повреждения почв отмечено увеличение активности каталазы, инвертазы, уреазы, фосфатазы в среднем на 31%. Для постпирогенных почв со средним и сильным повреждением отмечено снижение активности исследуемых ферментов, но в меньшей степени, чем в 2020 г. Активность каталазы и уреазы снижена для всех исследуемых воздействий в среднем на 47%. Активность пероксидазы и фосфатазы выше относительно контрольных значений на 55%. Для слабой степени повреждения установлено снижение активности фосфатазы на 16%. Спустя два года после пожара экологическое состояние почв констатировано как неблагополучное, ИПБС снижен до 89%. Однако показано, что ферменты из класса гидролаз спустя два года ближе к контрольным значениям, чем оксидазы. Понимание взаимосвязи между характером повреждения и реакцией компонентов экосистем, например, почвы, позволит в дальнейшем прогнозировать реакцию экосистем после лесных пожаров. |
| Список цитируемой литературы |
Вилкова В.В., Казеев К.Ш., Шабунина В.В., Колесников С.И. 2021. Ферментативная активность постпирогенных почв заповедника «Утриш» // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. №138. С. 71–77. DOI: 10.36305/0513-1634-2021-138-71-77
Воронин А.А., Протасова Н.А., Беспалова Н.С. 2006. Динамика ферментативной активности чернозема обыкновенного в условиях полевого стационарного опыта федерального полигона «Каменная степь» // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. Т. 2. С. 122–127.
Галстян А.Ш. 1980. Ферментативная диагностика почв // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. М.: Изд-во МГУ. С. 110–121.
Звягинцев Д.Г. 1978. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. №6. С. 48–54.
Иваненко Ф.К. 2014. Особенности структуры и прогнозируемая динамика климаксных насаждений можжевельника государственного природного заповедника «Утриш» // Известия Самарского научного центра РАН. T. 16(1–4). C. 1200–1204.
ИСДМ-Рослесхоз. 2022. Сводный отчет о лесных пожарах (тепловых аномалиях) на всех типах территорий по данным космического мониторинга на 31 декабря 2021 г. Федеральное агентство лесного хозяйства ФБУ «Авиалесоохрана». Доступен через https://public.aviales.ru/main_pages/openform1.shtml?2021-12-31
Казеев К.Ш., Колесников С.И., Быхалова О.Н. 2013. Коричневые почвы заповедника «Утриш» // Биоразнообразие государственного природного заповедника «Утриш». Т. 1. С. 154–163.
Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. 2016. Методы диагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ. 356 с.
Карягина Л.А., Михайлова Н.А. 1986. Определение активности полифенолоксидазы и пероксидазы // Вестник АН БССР. №2. С. 40–41.
Макаров М.И. 2009. Фосфор органического вещества почв. М.: ГЕОС. 397 с.
Никитин Б.А. 1972. Методика определения содержания гумуса в почве // Агрохимия. №3. С. 123–125.
Опанасенко Н.Е., Евтушенко А.П. 2019. О классификации скелетных агрокоричневых почв низких таксонов и интегральных показателях их плодородия // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. №130. С. 42–51.
Петрушина М.Н., Мерекалова К.А. 2017. Ландшафтные исследования в заповеднике «Утриш» // Наземные и прилегающие морские экосистемы полуострова Абрау: структура, биоразнообразие и охрана. Т. 4. М.: ИП И.В. Казенин. С. 43–69.
Петрушина М.Н., Суслова Е.Г. 2022. Постпирогенная динамика субсредиземноморских ландшафтов полуострова Абрау // Природа и общество: интеграционные процессы. Симферополь: Ариал. С. 233–238.
Плотникова И.Н., Володин С.А., Кочнева Ю.Ю., Саляхова А.Р. 2021. Актуальные вопросы декарбонизации. Казань: Изд-во «ФЭН» Академии наук РТ. 56 с.
Сапожников А.П., Карпачевский Л.О., Ильина Л.С. 2001. Послепожарное почвообразование в кедрово-широколиственных лесах // Вестник МГУЛ. №1. C. 132–165.
Хазиев Ф.Х. 2018. Экологические связи ферментативной активности почв // Экобиотех. Т.1 (2). С. 80–92. DOI: 10.31163/2618-964X-2018-1-2-80-92
Харитонова А.О., Харитонова Т.И. 2021. Влияние ландшафтной структуры Мордовского заповедника (Россия) на распространение пожара 2010 года // Nature Conservation Research. Заповедная наука. Т. 6(2). С. 29–41. DOI: 10.24189/ncr.2021.022
Alcañiz M., Outeiro L., Francos M., Farguell J., Úbeda X. 2016. Long-term dynamics of soil chemical properties after a prescribed fire in a Mediterranean forest (Montgri Massif, Catalonia, Spain) // Science of the Total Environment. Vol. 572. P. 1329–1335. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.01.115
Aleinikov А.А. 2019. The fire history in pine forests of the plain area in the Pechora-Ilych Nature Biosphere Reserve (Russia) before 1942: possible anthropogenic causes and long-term effects // Nature Conservation Research. Vol. 4(Suppl.1). P. 21–34. DOI: 10.24189/ncr.2019.033
Catalanotti A.E., Giuditta E., Marzaioli R., Ascoli D., Esposito A., Strumia S., Mazzoleni S., Rutigliano F.A. 2018. Effects of single and repeated prescribed burns on soil organic C and microbial activity in a Pinus halepensis plantation of Southern Italy // Applied Soil Ecology. Vol. 125. P. 108–116. DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.12.015
Dadwal A., Sharma S., Satyanarayana T. 2021. Thermostable cellulose saccharifying microbial enzymes: Characteristics, recent advances and biotechnological applications // International Journal of Biological Macromolecules. Vol. 188. P. 226–244. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.08.024
Feller G. 2003. Molecular adaptations to cold in psychrophilic enzymes // Cellular and Molecular Life Sciences. Vol. 60(4). P. 648–662. DOI: 10.1007/s00018-003-2155-3
Fernández-García V., Marcos E., Reyes O., Calvo L. 2020. Do fire regime attributes affect soil biochemical properties in the same way under different environmental conditions? // Forests. Vol. 11(3). Article: 274. DOI: 10.3390/f11030274
Galaktionova L.V., Vasilchenko A.V. 2019. Sustainability of soils to fires as a factor of preservation the shape of steppe Protected Areas // Nature Conservation Research. Vol. 4(Suppl.2). P. 98–103. DOI: 10.24189/ncr.2019.041
German D.P., Weintraub M.N., Grandy A.S., Lauber C.L., Rinkes Z.L., Allison S.D. 2011. Optimization of hydrolytic and oxidative enzyme methods for ecosystem studies // Soil Biology and Biochemistry. Vol. 43(7). P. 1387–1397. DOI: 10.1016/j.soilbio.2011.03.017
Holden S.R., Gutierrez A., Treseder K.K. 2013. Changes in Soil Fungal Communities, Extracellular Enzyme Activities, and Litter Decomposition Across a Fire Chronosequence in Alaskan Boreal Forests // Ecosystems. Vol. 16(1). P. 34–46. DOI: 10.1007/s10021-012-9594-3
IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. World Soil Resources Reports. Vol. 106. Rome: FAO. 192 p.
Kandeler E., Stemmer M., Klimanek E.M. 1999. Response of Soil Microbial Biomass, Urease and Xylanase within Particle Size Fractions to Long-Term Soil Management // Soil Biology and Biochemistry. Vol. 31(2). P. 261–273. DOI: 10.1016/S0038-0717(98)00115-1
Kazeev K.Sh., Poltoratskaya T.A., Yakimova A.S., Odobashyan M.Yu., Shkhapatsev A.K., Kolesnikov S.I. 2019. Post-fire changes in the biological properties of the brown soils in the Utrish State Nature Reserve (Russia) // Nature Conservation Research. Vol. 4(Suppl.1). P. 93–104. DOI: 10.24189/ncr.2019.055
Kazeev K.Sh., Odabashian M.Yu., Trushkov A.V., Kolesnikov S.I. 2020. Assessment of the Influence of Pyrogenic Factors on the Biological Properties of Chernozems // Eurasian Soil Science. Vol. 53(11). P. 1610–1619. DOI: 10.1134/S106422932011006X
Kazeev K.Sh., Vilkova V.V., Shkhapatsev A., Bykhalova O., Rudenok Y., Nizhelskiy М., Kolesnikov S., Minkina T., Sushkova S., Mandzhieva S., Rajput V. 2022. Consequences of the catastrophic wildfire in 2020 for the soil cover of the Utrish State Nature Reserve // Sains Tanah. Vol. 19(1). P. 52–59. DOI: 10.20961/stjssa.v19i1.58709
Knelman J.E., Graham E.B., Ferrenberg S., Lecoeuvre A., Labrado A., Darcy J.L., Nemergut D.R., Schmidt S.K. 2017. Rapid shifts in soil nutrients and decomposition enzyme activity in early succession following forest fire // Forests. Vol. 8(9). Article: 347. DOI: 10.3390/f8090347
Kolesnikov S.I., Kazeev K.Sh., Val'kov V.F. 2002. Ecological functions of soils and the effect of contamination with heavy metals // Eurasian Soil Science. Vol. 35(12). P. 1335–1340.
Köster K., Berninger F., Heinonsalo J., Lindén A., Köster E., Ilvesniemi H., Pumpanen J. 2016. The long-term impact of low-intensity surface fires on litter decomposition and enzyme activities in boreal coniferous forests // International Journal of Wildland Fire. Vol. 25(2). P. 213–223. DOI: 10.1071/WF14217
Lindner M., Maroschek M., Netherer S., Kremer A., Barbati A., Garcia-Gonzalo A., Seidl R., Delzon S., Corona P., Kolström M., Lexer J.M., Marchetti M. 2010. Climate change impacts, adaptive capacity, and vulnerability of European forest ecosystems // Forest Ecology and Management. Vol. 259(4). P. 698–709. DOI: 10.1016/j.foreco.2009.09.023
Oertel C., Matschullat J., Zurba K., Zimmermann F., Erasmi S. 2016. Greenhouse gas emissions from soils – A review // Geochemistry. Vol. 76(3). P. 327–352. DOI: 10.1016/j.chemer.2016.04.002
Parson A., Robichaud P.R., Lewis S.A., Napper C., Clark J.T. 2010. Field guide for mapping post-fire soil burn severity. Fort Collins, USA: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station. 49 p.
Robinson P.K. 2015. Enzymes: principles and biotechnological applications // Essays in Biochemistry. Vol. 59. P. 1–41. DOI: 10.1042/bse0590001
Shakesby R.A. 2011. Post-wildfire soil erosion in the Mediterranean: Review and future research directions // Earth-Science Reviews. Vol. 105(3–4). P. 71–100. DOI: 10.1016/j.earscirev.2011.01.001
Singh D., Sharma P., Kumar U., Daverey A., Arunachalam K. 2021. Effect of forest fire on soil microbial biomass and enzymatic activity in oak and pine forests of Uttarakhand Himalaya, India // Ecological Processes. Vol. 10(1). Article: 29. DOI: 10.1186/s13717-021-00293-6
Sinsabaugh R.L., Carreiro M.M., Repert D.A. 2002. Allocation of extracellular enzymatic activity in relation to litter composition, N deposition, and mass loss // Biogeochemistry. Vol. 60(1). P. 1–24. DOI: 10.1023/A:1016541114786
Sorokin N.D., Afanasova E.N. 2012. Microbiological diagnostics of soil stage in the phyllosphere of the woodland ecosystem of Siberia // Biology Bulletin. Vol. 39(1). P. 85–92. DOI: 10.1134/S1062359012010086
Tabatabai M.A. 1994. Soil Enzymes // Methods of Soil Analysis: Part 2 Microbiological and Biochemical Properties / A.L. Page (Ed.). Madison, USA: The American Society of Agronomy. P. 775–833. DOI: 10.2136/sssabookser5.2.c37
Theriot J.M., Conkle J.L., Reza Pezeshki S., DeLaune R.D., White J.R. 2013. Will hydrologic restoration of Mississippi River Riparian Wetlands improve their critical biogeochemical functions? // Ecological Engineering. Vol. 60. P. 192–198. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2013.07.021
Treseder K.K., Mack M.C., Cross A. 2004. Relationships among fires, fungi, and soil dynamics in Alaskan boreal forests // Ecological Applications. Vol. 14(6). P. 1826–1838. DOI: 10.1890/03-5133
Verma S., Jayakumar S. 2012. Impact of forest fire on physical, chemical and biological properties of soil: A review // Proceedings of the International Academy of Ecology and Environ- mental Sciences. Vol. 2(3). P. 168–176.
Vilkova V.V., Kazeev K.Sh., Shkhapatsev A.K., Kolesnikov S.I. 2022. Reaction of the enzymatic activity of soils of xerophytic forests on the Black Sea Coast in the Caucasus to the pyrogenic impact // Arid Ecosystems. Vol. 12(1). P. 93–98. DOI: 10.1134/S2079096122010139
Zhang N., He X.D., Gao Y.B., Li Y.H., Wang H.T., Ma D., Zhang R., Yang S. 2010. Pedogenic carbonate and soil dehydrogenase activity in response to soil organic matter in Artemisia ordosica community // Pedosphere. Vol. 20(2). P. 229–235. DOI: 10.1016/S1002-0160(10)60010-0 |
