Биологическая диагностика экологического состояния лесных почв
Лесные экосистемы играют огромную роль в биосферных процессах, определяя цикл органического углерода и газовый состав атмосферы. В свою очередь биологическое разнообразие и продуктивность лесов зависят от условий окружающей среды и определяют биологическую активность лесных почв. В целом почвенная биота и биологическая активность лесных почв имеет существенное отличие от почв травянистых экосистем лугов и степей. Чаще всего лесным почвам присуща «прижатость» биологических процессов к поверхности почв, что определяется характером корневой системы деревьев и поступлением растительных остатков преимущественно на поверхность почвы. В результате в бореальных лесах формируется лесная подстилка, состав и мощность которой определяется типом лесной растительности и интенсивностью биологических процессов, которые в свою очередь тесно связаны с климатическими особенностями территории (Orlov et al., 2004). Роль лесной подстилки выходит далеко за рамки регулирования органического вещества в почвах, она в значительной степени определяет физические, химические и биологические свойства лесных почв (Bogatyrev, 1996). Минеральные горизонты лесных почв, чаще всего, значительно меньше заселены живыми организмами и обладают низкой биологической активностью, особенно если почва здесь имеет неблагоприятные свойства: высокая кислотность, оглеенность, бедность питательными элементами и т. д. (Вальков и др., 2008). Однако на Кавказе обнаружены почвы, которые имеют отличное от других лесных почв профильное распределение биоты и биологической активности. Дерново-карбонатные и коричневые субтропические почвы Западного Кавказа имеют высокую биологическую активность верхних горизонтов и достаточно плавно уменьшающееся распределение значений биологических параметров по всему профилю. Это связано с отсутствием значительной дифференциации физических и химических свойств этих почв (Казеев и др., 2015).
Биологическая активность почв тесно связана с гумусным состоянием почв и гидротермическими условиями (Орлов, Бирюкова, 1984; Казеев и др., 2015а, б). В связи с этим биологические параметры почв имеют свои особенности в каждой природной зоне и подчиняются закону зональности (Казеев и др., 2015а, б).
Биологические показатели часто используются как чувствительные индикаторы здоровья и качества почвы и степени ее деградации при антропогенных воздействиях. Несмотря на длительные поиски до сих пор не найдено какого-либо одного показателя, исследуя который можно было бы делать вывод о биологическом состоянии почвы в целом. Биологическая диагностика почв является важной составляющей как локального, так и глобального мониторинга. Так же, как и другие среды обитания, почву исследуют с помощью биологических показателей. Микробное разнообразие и биохимические показатели – важные индикаторы состояния почвы, поскольку они вовлечены в разложение органических веществ и поддержании устойчивого функционирования почв. Большая сложность в использовании большинства биологических показателей связана с их значительной пространственной и временной изменчивостью. Часто значения биологических параметров почв, полученные в разные годы (сезоны, месяцы и даже дни), не согласуются друг с другом. Варьирование биологических показателей требует большого числа повторностей, как полевых, так и аналитических.
Проведенная в последние годы биологическая диагностика лесных почв юга России выявила некоторые закономерности реакции биологических показателей на различные деградационные процессы. Было выявлено, что исследование только верхних горизонтов почв, без учета всего почвенного профиля, в ряде случаев, не позволяет делать корректные выводы. Это относится к послелесным почвам вырубок и горным лесным почвам, подверженным эрозионным процессам (Казеев и др., 2021). Пожары и рекреационное нарушение почв затрагивает, в первую очередь, поверхностные слои почв (Kazeev et al., 2019, 2020; Вилкова и др., 2021), поэтому при их исследовании, в большинстве случаев, можно ограничиться изучением верхнего наиболее биогенного слоя. При исследовании последствий пожаров важно отбирать значительное количество почвенных образцов вследствие значительной вариабельности постпирогенных свойств. Наилучшим образом в биодиагностике проявили себя биохимические показатели, прежде всего ферментативная активность. Разнообразие и богатство ферментов делают возможным осуществление последовательных биохимических превращений, поступающих в почву органических остатков (Luo et al., 2014; Казеев и др., 2016). Активность ферментов можно применять в оценке экологического состояния почв и его изменения в результате антропогенного воздействия (Papp et al., 2018; Raiesi et al., 2018; Kolesnikov et al., 2021). Применению ферментативной активности в качестве диагностического показателя способствуют низкая ошибка опытов (не более 5–8%) и высокая устойчивость ферментов при хранении образцов (Даденко и др., 2009, 2013).
