Особенности восстановления микробиомов почв лесных фитоценозов после пожаров в степной и лесостепной зонах Средней Сибири

   Проведены исследования в нарушенных пожаром лесных фитоценозах степной зоны Ширинского района (Республика Хакасия) и лесостепной зоны Погорельского бора (Красноярский край). С помощью микробиологических индикаторов (количественный и качественный состав микроорганизмов, содержание микробной биомассы, микробное дыхание, ферментативная активность) оценивали скорость восстановления биологической активности почв в искусственных посадках лесных культур сосны обыкновенной, лиственницы сибирской, вяза приземистого и в сосняке естественного происхождения. После пожаров биологическая активность исследуемых почв быстрее восстанавливается на пожарищах (не до конца сгоревший древостой), чем на гарях (полностью сгоревший древостой) из-за большого количества пирогенного углерода (Сpyr), продуктов пиролиза/пирогенеза и значительного прогорания почвенного покрова. Для разных типов исследуемых почв (агроземы и темно-серая) адекватную оценку их состояния дают универсальные индикаторы – общая численность микроорганизмов, микробная биомасса, удельное дыхание микробной биомассы, ферментативная активность – которые отражают биологическую активность почв и указывают на направленность восстановительных процессов. В агроземах под посадками лесных культур Ширинской степи специфическими индикаторами были доминантные бактерии порядка Actinomycetales и грибы родов Mortierella Coem и Penicillium Link. В темно-серой почве соснового леса Погорельского бора после пожара доминировали неспоровые бактерии (Serratia plymuthica), содоминантами были споровые бациллы (Bacillus mycoides), а также грибы родов Trichoderma Pers. и Umbelopsis Amos & H.L. Barnett.

1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв. М.: Наука, 2003. 222 с.

2. Антонов Г.И., Евграфова С.Ю., Иванов В.В. Биоиндикация лесорастительного состояния почв сосняков Красноярской лесостепи после несплошных рубок разной интенсивности // Труды Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства. 2014. № 3. С. 18–28.

3. Воздействие пожаров на компоненты экосистемы среднетаежных сосняков Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 2014. 232 с.

4. Гладков Г.В., Чебыкина Е.Ю., Евдокимова Е.В., Иванова Е.А., Кимеклис А.К., Зверев А.О., Кичко А.А., Андронов Е.Е., Абакумов Е.В. Восстановление почвенного микробиома в различных почвенных горизонтах после верхового и низового лесных пожаров // Экологическая генетика. 2020. Т. 18, № 3. С. 343–356.

5. Гродницкая И.Д., Сенашова В.А., Антонов Г.И., Пашкеева О.Э. Микробиологическая индикация почв лесных посадок в Ширинской степи // Лесоведение. 2022. № 3. С. 270–284. DOI: 10.31857/S002411482203007X.

6. Гродницкая И.Д., Сенашова В.А., Антонов Г.И., Полякова Г.Г., Пашкеева О.Э., Пашенова Н.В. Биоиндикация состояния темно-серой почвы в сосняках Красноярской лесостепи при антропогенном воздействии // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1173–1189.

7. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.

8. Курбатский Н.П. Терминология лесной пирологии // Вопросы лесной пирологии. Красноярск, 1972. С. 171–231.

9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. 303 с.

10. Масягина О.В., Токарева И.В., Прокушкин А.С. Моделирование термического воздействия пожаров на физико-химические свойства и микробную активность подстилки криогенных почв // Почвоведение, 2014. № 8. С. 971–981.

11. Практикум по микробиологии / под ред. А.И. Нетрусова М.: Academia, 2005. 603 с.

12. Сенашова В.А., Сорокина О.А., Антонов Г.И., Пашкеева О.Э., Гродницкая И.Д. Постпирогенное восстановление биологической активности почвы искусственных лесных насаждений в аридной зоне Ширинской степи Республики Хакасия // Почвоведение. 2024. № 11. С. 1569–1588.

13. Сорокин Н.Д. Микробиологическая диагностика лесорастительного состояния почв Средней Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 219 с.

14. Сорокин Н.Д., Сенашова В.А., Сорокина О.А. Биогенность почв как показатель устойчивости искусственных лесных насаждений в сухостепных условиях Хакасии // Известия РАН. Серия биологическая. 2017. № 3. С. 329–336. DOI: 10.7868/S0002332917030092.

15. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука, 2005. 252 с.

16. Шапченкова О.А., Краснощеков Ю.Н., Лоскутов С.Р. Использование методов термического анализа для оценки органического вещества почв, пройденных пожаром // Почвоведение. 2011. № 6. С. 738–747.

17. Abbasian F., Lockington R., Mallavarapu M., Naidu R.A. Comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria // Appl. Biochem. Biotechnol. 2015. Vol. 176. P. 670–699.

18. Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. Vol. 10. P. 314–322.

19. Anderson T.H., Domsch K.H. Application of ecophysiological quotients (qCO₂ and qD) on microbial biomasses from soils of different cropping histories // Soil Biol. Biochem. 1990. Vol. 22. P. 251–255.

20. Barnet H.L., Hunter B.B. Illustrated Genera of Imperfect Fungi. Minnesota: American Phytopathological Society, 1999. 218 p.

21. Barreiro А., Díaz-Raviña M. Fire impacts on soil microorganisms: Mass, activity, and diversity // Current Opinion in Environmental Science & Health. 2021. Vol. 22. Art. no. 100264. DOI: 10.1016/j.coesh.2021.100264.

22. Certini G. Effects of fire on properties of forest soils : a review // Oecologia. 2005. Vol. 143. P. 1–10. DOI: 10.1007/s00442-004-188-8.

23. Certini G., Moya D., Lucas-Borja M. E., Mastrolonardo G. The impact of fire on soil-dwelling biota : A review // Forest Ecology and Management. 2021. Vol. 488. Art. no. 118989. DOI: 10.1016/j.foreco.2021.118989.

24. Chigineva N.I., Aleksandrova A.V., Marhan S., Kandeler E., Tiunov A.V. The importance of mycelial connection at the soil–litter interface for nutrient translocation, enzyme activity and litter decomposition // Applied Soil Ecology. 2011. Vol. 51. P. 35–41.

25. Dymov A.A., Gorbach N.M., Goncharova N.N., Karpenko L.V., Gabov D.N., Kutyavin I.N., Startsev V.V., Mazur A.S., Grodnitskaya I.D. Holocene and recent fires influence on soil organic matter, microbiological and physico-chemical properties of peats in the European North-East of Russia // Catena. 2022. Vol. 117. Art. no. 106449. DOI: 10.1016/j.catena.2022.

26. Dyrness C.T., Van Cleve K., Levison J.D. The effect of wildfire on soil chemistry in four forest types in interior Alaska // Can. J. For. Res. 1989. Vol. 19. P. 1389–1396.

27. Fernandez I., Cabaneiro A., Carballas T. Organic matter changes immediately after a wildfire in an Atlantic forest soil and comparison with laboratory soil heating // Soil Biol. Biochem. 1997. Vol. 29, № 1. P. 1–11.

28. Fritze H., Smolander A., Levula T., Kitunen V., Malkonen E. Wood ash and fire treatments in a Scots pine forest stand: effects on organic layer, microbial biomass, and microbial activity // Biol. Fertil. Soils. 1994. Vol. 17. P. 57–63.

29. Ghani M.J., Rajoka M.I., Kalsoon Akhtar. Investigations in fungal solubilization of coal: mechanisms and significance // Biotechnology and Bioprocess Engineering. 2015. Vol. 20. P. 634–642. DOI: 10.1007/s12257-015-0162-5.

30. Gregersen T. Rapid method for distinction of gram-negative from gram-positive bacteria // Eur. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1978. Vol. 5. P. 123–127.

31. Huffman E.L., McDonald L.H., Stednick J.D. Strength and persistence of fire-induced soil hydrophobicity under ponderosa and lodgepole pine Colorado Front Range // Hydrol. Process. 2001. № 15. Р. 2877–2892.

32. Mataix-Solera J., Guerrero C., García-Orenes F., Bárcenas G.M., Torres M.P. Forest fire effects on soil microbiology // Fire Effects on Soils and Restoration Strategies. Enfield, 2009. P. 133–175.

33. Neary D.G., Klopatek C.C., DeBano L.F., Efolliott P.F. Fire effects on below-ground sustainability : A review and synthesis // For. Ecol. Manage. 1999. Vol. 122. P. 51–71.

34. Petrovič M., Briški F., Kaštelan-Macan M. Biosorption and biodegradation of humic substances by Trichoderma viride // Food Technol. Biotech. 1993. Vol. 31. P. 145–149.

35. Pietikainen J., Hiukka R., Fritze H. Does short-term heating of forest humus change its properties as a substrate for microbes? // Soil Biol. Biochem. 2000. Vol. 32. Р. 277–288.

36. Pérez-Valera E., Goberna M., Verdú M. Fire modulates ecosystem functioning through the phylogenetic structure of soil bacterial communities // Soil Biol. Biochem. 2019. Vol. 129. P. 80–89. DOI: 10.1016/j.soilbio.2018.11.007.

37. Song M., Peng W.X., Zeng F.P., Du H., Peng Q., Xu Q.G., Chen L., Zhang F. Spatial patterns and drivers of microbial taxa in a karst broadleaf forest // Front Microbiol. 2018. Vol. 9. Art. no. 1691. DOI: 10.3389/fmicb.2018.01691.

38. Sparling G.T. The substrate-induced respiration method // Methods in applied soil microbiology and biochemistry. L., 1995. P. 397–404.

39. Watanabe T. Pictorial atlas of soil and seed fungi: morphologies of cultured fungi and key to species. Boca Raton: CRC Press, Inc., 2002. 506 p.