Изменение функционирования почвенных микроорганизмов на различных этапах постпирогенных сукцессий.
Шушарина Н.Н.
Научный руководитель - к.б.н., доц. Факторович Л.В.
Введение
Актуальность. Лесные пожары, являясь мощным антропогенным фактором, оказывают всестороннее влияние на фитоценоз, эдафические и почвенно-микробиологические свойства (Сорокин, 2000). Они ведут к поступлению в атмосферу значительных количеств оксидов углерода и азота, потере значительных запасов органического вещества лесных экосистем, содержащихся в фитомассе и верхних слоях почвы. В условиях участившихся пожаров одной из главных задач является охрана и восстановление земель лесного фонда. Изучение постпирогенной динамики имеет большую практическую значимость для оценки состояния и сохранения лесов, измененных пожарами. Изменение сообществ почвенных микроорганизмов в ходе сукцессии восстановления после пожара изучено недостаточно. В этом плане имеются единичные работы (Попова, 1979, 1986; Сорокин, 1983,2000; Карпачевский 1996, 2001;Сапожников 1976, 1979, 2001; Цветков, 2001 и др.).
Совокупная биомасса сообщества почвенных микроорганизмов является лабильным компонентом органического вещества почвы, и микробные циклы минерализации-иммобилизации питательных элементов в значительной степени определяют доступность элементов минерального питания для высших растений в экосистемах умеренной зоны. Микробная трансформация питательных элементов приобретает особую значимость на начальных стадиях сукцессии, особенно при восстановлении нарушенных земель и освоении различных субстратов. Таким образом, для детального понимания сукцессионных изменений лесных экосистем после пожаров и оценки скорости этого процесса необходимо изучение связи между почвенными процессами и почвенными организмами.
^ . Целью нашей работы было изучение некоторых направлений функционирования комплекса почвенных микроорганизмов на различных этапах постпирогенных сукцессий сосновых лесов.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
Сделать описание исследованных фитоценозов и изучить химические и микробиологические свойства образцов подстилки и почвенных слоев 0-5 см и 2-5 см, отобранных на различных этапах зарастания гарей в лабораторных условиях методами, принятых в отечественной и зарубежной практике.
Проанализировать полученные результаты исследованных объектов методом главных компонент.
Выявить возможность применения материала диплома в контексте идей реформы российского образования в условии профильной школы;
^ . Впервые было изучено изменение функционирования микрофлоры почв путем измерения «треугольника углерода почвы»: содержание общего органического углерода (Сорг.), углерод микробной биомассы (С микр.) и микробное дыхание (Ананьева и др., 1997) на различных стадиях постпирогенной сукцессии сосновых лесов Западной Сибири на территории Белоярского и Кудряшовского лесничеств. По изученным параметрам подстилки и почвы выяснено влияние пожара, от степени его интенсивности, на восстановление лесной растительности.
^ . Результаты научной части дипломной работы легли в основу разработки проекта программы факультатива с использованием исследовательской модели обучении и информационных технологий на материале биологического образования старшеклассников в контексте модернизации российского образования. Электронные материалы, могут применяться как учебно-методические пособия или как материал для самостоятельной работы в других классах.
Апробация. Результаты исследований научной части дипломной работы были опубликованы в сборнике студентов и молодых ученых ЕГФ НГПУ. Материалы по психолого-педагогическому исследованию были доложены на конференции, организованной кафедрой психологии и педагогики ЕГФ.
Общие выводы:
1. В результате изученных постпирогенных участков фитоценозов исследованных гарей выявлены химические и микробиологические свойства образцов подстилки и верхних слоев почвы аккумулятивного горизонта.
2. Анализ полученных результатов методом главных компонент, учитывающий максимум суммарной дисперсии параметров, выявил особенности функционирования микробного комплекса на различных этапах постпирогенных сукцессий:
На участках леса, подверженных низовому пожару 2 года назад изменение химических и микробиологических показателей свидетельствует о том, что более всего подвергается воздействию огня подстилка, в то время как в слое почвы 2-5 см изменения практически не наблюдаются.
После 11 лет естественного или антропогенно-инициированного (посадки сосны) зарастания влияние низового пожара по изученным химическим и микробиологическим свойствам подстилок и почв не выявлено.
Ведущую роль в изменчивости изученных химических и микробиологических свойств подстилок и почв, как на начальных, так и на более продвинутых стадиях пирогенной сукцессии играет тип зарастания, т. е. качество и количество растительного вещества, поступающего в подстилку. При этом после 11 лет зарастания оно значительно более выражено, чем влияние пирогенеза.
3. Разработан проект программы факультатива, ориентированный на биологическое образование старшеклассников в соответствии с концепцией модернизации современной российской школы.
Литература
Агрохимические методы исследования почв // Под ред. А.В. Соколова. – М.: Наука,1975. – С.56-71.
Ананьева Н.Д. Микробиологическая оценка почв в связи с самоочищением от пестицидов и устойчивостью к антропогенным воздействиям. // Автореферат на соискание степени д.б.н. – М., 2001. – С.32-33.
Ананьева Н.Д., Благодатская Е.В., Демкина Т.С. Влияние высушивания-увлажнения и замораживания-оттаивания на устойчивость микробных сообществ в почве // Почвоведение. – 1997. – №9. – с.1132.
Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. – Л.: Наука, 1980. – с.11-20.
Атлас Новосибирской области – М., 2002. – с.18-31.
Атлас юного туриста-краеведа Новосибирской области. – М.: Наука, 1996. – с.11.
Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. – М.: Изд-во МГУ, 1989.
Баксанский О.Е., Чистова М.В. Проблемное обучение: обоснование и реализация // Наука и школа. – 2000. – №1. – с.19-25.
Богатырев Л.Г. Образование подстилок – один из важнейших процессов в лесной экосистеме // Почвоведение. – 1996. – №4. – с.501.
Валендик. Э.Н. Экологические аспекты лесных пожаров в Сибири // Сибирский экологический журнал. - Том 3 - 1 - 1996. - с.1-5.
Васильев С. Что в портфеле у министра? // Трибуна №70, 19 апреля 2002.
Великанова Л.К., Горелова Т.И. Факультативные занятия как одна из форм углубленного и дифференцированного обучения в общеобразовательной школе - Н-ск, 1980 - с.18.
Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. - М.: Наука, 1994 - с.394-398.
Вронский В.А. Пожары: экологический аспект // - Биология в школе. – 2001 - №3 - с.9-12.
Гаджиев И.М, Курачев В.М. и др. Генезис, эволюция и география почв Западной Сибири. - Новосибирск, Наука, 1988 - с.36.
Глынина Д.П. Сымпилова А.Б. Почвы Сибири, их использование и охрана. - Красноярск, 1999.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв) - М.: Наука, 1990 - с.156.
Докучаев В.В. Избр. сочин. - М.:Госсельхозиздат, 1949.-Т.3-с.284.
Дьякович С.В. Организация и методика проведения факультативных занятий по химии. - Н-ск, 1988 - с.5-9.
Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганихмы. - М.: Изд-во МГУ, 1987.
Карпачевский М.Л. Изменение свойств почв всвязи с сукцессионной динамикой таежных экосистем после пожаров и рубок. - Автореферат на соискание степени - к. б. н. - Москва, 1996 - с.2-4.
Кларин М.В. Инновации в обучении. Метафоры и модели. - М.,1997.
Кларин М.В. Инновационные модели обучения в зарубежных педагогических поисках. - М., 1994 - с.84-116.
Кожевин П.А. Биотический компонент качества почвы и проблема устойчивости // Вестник Московского Университета - №4 – 2001 - с. 44-47.
Константинов В.Д., Горожанкина С.М. Восстановительная динамика лесных экосистем средней тайги на примере центрально-сибирского биосферного заповедника // Лесоведение – 1995 - №2.
Концепция профильного обучения на старшей ступени общего образования. - М., 2002 - с.7.
Кравцов В.М., Донукалова Р.П. География Новосибирской области. - Н-ск.: «Инфолио-пресс» - 1999 - с.71, 94-95.
Красильникова Е.Н. Лесные пожары. Междуреченск, 2001 - с.3-19.
Краснощеков Ю. Н., Горбачев В. Н.. Зольный состав подстилок лиственных лесов Монголии и его изменение при рубках и лесных пожарах // Почвоведение - 1993 - № 3. - с.86–92.
Лепин П.В. Образование как процесс // Творческая педагогика. Сборник научных статей НГПУ, 2002 - c.4-22.
Матюшкин А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М.,1972.
Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе. - М., 1977.
Мелехов И.С. Природа леса и лесные пожары. - ОГИЗ Архангельское издательство,1947 - с.44.
Методика преподавания факультативных курсов по биологии // Под ред. А.Г. Хрипковой - М.: Просвещение, 1981 - с.16.
Методы почвенной микробиологии и биохимии /Под ред. Д.Г. Звягинцева - М.: Наука, 1991 - с.7, 27.
Наумова Н.Б. Биомасса микроорганизмов в ненарушенных почвах Сибири // Сибирский экологический журнал.-1994.-№3.-с.275-281.
Общие вопросы методики преподавания факультативных курсов по биологии в средней школе // Под ред. А.Г. Хрипковой - М.: Просвещение, 1975 - с.12-15.
Одум Ю. Экология. - Т.1 - М.: Мир, 1986 - с.310-316.
Ожегов С.И. Словарь русского языка. - М., 1989 - с.257.
Оконь В. Основы проблемного обучения. - М.,1968.
Охрана окружающей среды: учебник для ВУЗов // автор-составитель А.С. Степановских.- Москва: ЮНИТИ-ДННА,2001 - С.181-182.
Попова Э.П. Влияние пожаров на пестроту почвенного покрова в сосновых насаждениях // Почвы сосновых лесов Сибири. - Красноярск, 1986 - с.63-70.
Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза // Под ред. Е.Н. Мишустина - М.: Наука, 1984.
Почвы Новосибирской области // Под ред. Р.В. Ковалева - Новосибирск Наука, 1966 - с.43, 117.
Природа Новосибирской области и ее охрана // Под ред. И.И. Гантимурова - Новосибирск, 1976 - с.35.
Программно-методические материалы: Экология 5-11 класс // Составитель В.Н. Кузнецов - М.: Дрофа, 2000 - с.18-25.
Районы и города Новосибирской области (природно-экономический справочник) // Под ред. И.М. Гаджиева - Новосибирск, 1996 - с. 98-103, с. 272-274.
Российская педагогическая энциклопедия // Под редакцией В.В. Давыдова и др. - М.: Научное издание БРЭ, 1999 - с.386-387.
Сабо Е.Д., Кормилицына О.В. Биологическая активность дерново-подзолистых суглинистых почв и методы их микробиологической характеристики // Лесной вестник – 2001 - №1(16) - с.75.
Сапожников А.П. Биогеоценотические и лесоводственные аспекты пирогенеза лесных почв // Горение и пожары в лесу. Материалы первого всесоюзного научно-технического совещания. Часть 3. Лесные пожары и их последствия. - Красноярск, 1979 - с.96-103.
Сапожников Н.П., Карпачевский Л.О., Ильина Л.С. Послепожарное почвообразование в кедрово-широколиственных лесах // Лесной вестник – 2001 - №1(16) - с.132.
Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. - М.,1998 - с.60-64.
Смирнов В.Н., Понамарева Ю.И., Васильев Н.Д. Биологическая активность дерново-подзолистых супесчаных почв в сосновом и березовом лесу и на клеверище // Исследования по лесному хозяйству. Сборник трудов №55 - Йошкар-Ола, 1961 - с. 223-225.
Соколов И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. - Новосибирск, Наука, 1993 - с.12-13.
Сорокин Н.Д. Влияние лесных пожаров на биологическую активность почв // Лесоведение – 1983 - №4 - с.24-28.
Сорокин Н.Д. Микробиологическая индикация нарушенных экосистем Сибири // Лесоведение – 2000 - №2 - с. 3-7.
Сорокин Н.Д., Евграфова Е.В., Гродницкая И.Д., Прокушкин А.Г. Микробная трансформация углерода в бореальных лесах Сибири // Сибирский экологический журнал - № 3 – 2003 - с. 325-329.
Сорокин Н.Д., Евграфова С.Ю., Гродницкая И.Д. Влияние низовых пожаров на биологическую активность криогенных почв Севера Сибири // Почвоведение – 2000 - №3 - с.315-319.
Стебаев И.В., Пивоварова Ж.Ф. Биогеосистемы лесов и вод России. - Н-ск: Наука,1993 - с.12-13.
Сукачев В.Н. Основы лесной биогеоценологии. - М.: Наука, 1961 - с.23.
Умаров М.М. Роль микроорганизмов в устойчивости почв // Экология и почвы: избр.лекции 1-7 - Пущино,1998.
Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования. - Н-ск, 1996 - с.56.
Цветков П.А. Эдафические условия и лесовосстановление после пожаров в лиственничниках Эвенкии // Лесоведение – 2001 - №2 - с.16-21.
Чевычелов А.П. Пирогенез и зональное таежное континентальное автоморфное почвообразование на северо-востоке Азии ( на примере южной Якутии). - Автореферат диссертации на соискание ученой степени д. б. н. - Новосибирск, 1997.
Чевычелов А.П. Пирогенез и постпирогенные трансформации свойств и состава мерзлотных почв // Сибирский экологический журнал - №3 – 2002 - с. 273-277.
Харман Г Современный факторный анализ. - М.: Статистика, 1972 - с. 485.
Эксперимент: совершенствование структуры содержания общего образования. Профильное обучение // Под ред. А.Ф. Киселева. - М.: Владос, 2001.
Энциклопедия «Лес России». - М.: Научное изд-во БРЭ, 1995 - с.194.
E.D. Vance, P.C. Brooks, D.S. Jenkinson An extraction method to measure soil microbial biomass-C // Soil Biol. Biochem, 1987 V.19, P.703-707
Neray Daniel.,Klopatek Carolek., Влияние пожара на стабильность подземной части экосистемы: обзор и синтез // Forest Ecol. and Manag.-1999-122,№1-2, С.51-71.
Ross D.J., Kelliher F.M., Tate K.R., Microbial processes in relation to carbon, nitrogen and temperature regimes in litter and a sandy mineral soil from a central Siberian Pinus sylvestris L. Forest // Soil Biol. Biochem., 1999, 31, 5, Р. 757-767.
S. Dumontet, H. Dinel, A. Scopa, A. Mazzatura, A. Saracino, Post-fire soil microbial biomass and nutrient content of a pine forest soil from a dunal Mediterranean environment // Soil Biology and Biochemistry, 1996, 28, №10-11, Р.1467-1475.
U. Choromanska, T.H. DeLuca, Prescribed Fire Alters the Impact of Wildfire on Soil Biochemical Properties in a Ponderosa Pine Forest // Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 232-238.
http://www.edu.nsu.ru
|
