Воздействие рубок и пожаров на микробиомы почв сосняков среднетаежной подзоны Средней Сибири

Abstract

Пожары и рубки являются важнейшими дестабилизирующими факторами лесных экосистем, которые оказывают существенное воздействие на цикл углерода и сукцессии почв. С целью оценки влияния пожаров и рубок на микробиомы почв исследовали подстилки и верхний минеральный профиль (до 20 см) песчаных подзолов (Albic Podzols) в сосняках лишайниковых и торфяно-подзолов (Histic Podzols) в сосняках сфагновых в средней тайге Красноярского края. Изучены 4 категории участков в каждом из типов леса: ненарушенное насаждение (контроль); насаждение, пройденное пожаром; вырубка; вырубка, пройденная пожаром. Определяли содержание углерода микробной биомассы (Смик), базальное дыхание (БД), микробный метаболический коэффициент (qCO2), численность эколого-трофических групп микроорганизмов почв, рассчитывали запас углерода микробной биомассы и микробное продуцирование СО2 в верхней части профиля почв. Выявлено, что в подстилках насаждений и вырубок, пройденных пожарами, содержание Смик снижено в 2–3,5 раза, интенсивность БД – на 30–40 %, количество гидролитиков – в 2–11 раз, общий запас Смик в верхней части профиля подзолов – в 1,7–2,4, при этом qCO2 возрастает в 1,7–5,6 раза, повышается олиготрофность почв. В подзолистом горизонте значительные изменения рассматриваемых параметров после воздействия пожаров отмечены только в насаждении и на вырубке сосняка лишайникового. Повышение микробного продуцирования СО2 на фоне снижения общих запасов Смик в профиле песчаного подзола демонстрирует потерю углерода почвой в ходе микробной минерализации органического вещества в сосняке лишайниковом после пожаров в насаждениях и на вырубке. На не горевших вырубках в подстилках наблюдалось меньшее снижение рассматриваемых параметров микробиомов, чем на участках, пройденных пожарами, тогда как в подзолистом горизонте выявлено увеличение таковых по сравнению с контролем. Максимальная трансформация микробиомов песчаных подзолов отмечена на вырубке, пройденной пожаром, в сосняке лишайниковом, где значительные изменения исследуемых показателей отмечены до глубины 10 см минеральной почвы. Исследование микробиомов почв после пожаров и рубок необходимо как для понимания скорости восстановления экологических функций почв, так и для прогнозных оценок минерализационных потоков СО2 на региональном уровне в условиях современной интенсивной антропогенной деятельности

Fires and logging are the main disturbance factors in forest ecosystems, which have a significant impact on the carbon cycle and soil succession. The duff and upper mineral profile (up to 20 cm) of sandy podzols (Albic Podzols) in lichen pine forests and peaty podzols (Histic Podzols) in sphagnum pine forests in the central taiga of Krasnoyarsk Krai were studied to assess the effects of fire and logging on the soil microbiome. Four categories of plots were investigated in two types of pine forests: undisturbed forest (control), burned forest, a logged site, and a logged burned site. Carbon of microbial biomass (Cmic), basal respiration (BR), microbial metabolic quotient (qCO2), and abundances of ecological-trophic groups of soil microorganisms were estimated in sphagnum and lichen Scots pine forests four years after fires and logging. The storage of microbial biomass and microbial СО2 production of the upper part of the soil profile were determined. The study found that in the duff of burned forests and logged burned sites, the Cmic content was reduced by a factor of 2–3.5, the BR intensity – by 30–40 %, the amount of hydrolytics – by a factor of 2–11, and the total Cmic stock in the upper part of the podzol profile – by a factor of 1.7–2.4, while qCO2 increased by 1.7–5.6 times, and the degree of oligotrophy of soils became higher. In the podzol horizon, significant postfire changes in the parameters studied were observed only in the forest and in the logged site of the lichen Scots pine forest. The increase in microbial CO2 production by the podzol profile against a background of decreasing total Cmic stocks demonstrates soil carbon loss during microbial mineralization of organic matter in lichen Scots pine forest after fires in forests and on logged sites. In the unburned logged sites, in the duff, the decrease in the microbiome parameters was smaller than in the burned sites, while in the podzol horizon, those parameters increased compared to the control. The greatest change in the soil microbiomes of sandy podzols was observed on the logged and burned site of the lichen Scots pine forest, where significant changes in the studied parameters were revealed to a depth of 10 cm of mineral soil. Studying soil microbiomes after fires and logging is necessary both to understand the rate of recovery of soil ecological functions and to provide predictive estimates of CO2 mineralization fluxes at a regional scale under conditions of intense anthropogenic activity