WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Роль почвенных беспозвоночных в деструкции органического вещества лесных экосистем енисейского меридиана

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЗКОРОВАЙНАЯ Ирина Николаевна

РОЛЬ ПОЧВЕННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ В ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ЕНИСЕЙСКОГО МЕРИДИАНА

Специальность 03.00.16-экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Красноярск 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской Академии Наук Институте леса

им. В.Н. Сукачева Сибирского Отделения РАН

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук, профессор

Мордкович Вячеслав Генрихович

Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Чимитдоржиева Галина Доржиевна

Доктор биологических наук, профессор

Демиденко Галина Александровна

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцева РАН

Защита состоится 17 ноября в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д.003.056.01 при Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Адрес: 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/28, Институт леса

Факс: 8 391 2433686

E-mail: institute@forest.akadem.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института леса

им. В.Н. Сукачева СО РАН

Автореферат разослан «___» _______________2009 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор Е.Н. Муратова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

В последние десятилетия в связи с предполагаемым глобальным изменением климата активно разрабатывается проблема оценки роли бореальных лесов в регулировании биосферных процессов. Несмотря на то, что бореальные леса уступают тропическим по площади, запасам фитомассы и годичной продукции, они значительно превосходят экосистемы южных широт по своим воздействиям на биосферу (Швиденко и др., 2003; Заварзин, 2006; Исаев, Коровин, 2006). На долю лесов России приходится 73% площади бореальной зоны мира, причем 42% сосредоточено в Сибири (Писаренко и др., 1997; Соколов, 1997). Являясь одним из основных резервуаров органического вещества, бореальные леса Сибири имеют особое экологическое значение в сохранении биологического разнообразия и регулировании климата планеты в целом.

Оценка биосферной роли лесных экосистем не может быть полноценной без учета гетеротрофных процессов, локализованных в почве. Если высшим растениям принадлежит приоритет в продуцировании органического вещества (ОВ) и аккумуляции энергии, то в деструкционном звене биологического круговорота реализуется обратный процесс: окисление ОВ до неорганических продуктов. Благодаря постоянному обороту лабильное ОВ (ЛОВ) почвы исполняет роль промежуточного звена между основными блоками экосистем «растительностью», «почвой» «атмосферой» (Титлянова, 1977; Ведрова, 2006; Кудеяров и др., 2007). Почвенная зоомасса, как один из компонентов ЛОВ, напрямую и косвенно участвует в биогенной миграции, перераспределяя углерод, азот и другие биогенные элементы между блоками.

К настоящему времени, благодаря большому количеству накопленного материала о пищевой активности почвенных беспозвоночных, их роли в регуляции процессов разложения органического вещества и средообразующей («инженерной») деятельности, функциональное значение животных не вызывает сомнений и позволяет говорить о сложности и многообразии их участия в экосистемных процессах (Стриганова, 1980; Покаржевский, 1985; Anderson, 2000; Lavelle, Spain, 2001; Wardle, 2002 и др.). В то же время недостаток количественных оценок деятельности почвенных беспозвоночных приводит к тому, что она продолжает оставаться «черным ящиком», обусловливая недоучет функциональной активности животных-деструкторов при построении количественных моделей основных процессов биологического круговорота.

Изучение структуры почвенного населения лесов Средней Сибири было начато в середине прошлого столетия и в большинстве случаев носит локальный характер (Козловская, 1957; 1976; Дмитриенко, 1984; 1987; Дмитриенко и др., 1974; Дрянных, 1975; 1976; Дрянных и др., 1978; Мордкович, Корсунов, 1978; Бессолицина, 1991, 2001 и др.). Континентальность климата, геоморфологические особенности и наличие многолетней мерзлоты определяют многообразие местообитаний и структурно-функциональные особенности почвенного населения лесных экосистем территории. Однако недостаточное привлечение фитоценотических и почвенных характеристик при оценке особенностей почвенного населения различных местообитаний иногда приводит к противоречиям при анализе фауны в широтно-зональном аспекте. Кроме того, в почвенно-зоологических исследованиях на территории Сибири отсутствует количественная оценка функциональной активности беспозвоночных, вследствие чего вклад почвенных животных в экосистемные процессы не находит отражения в работах, посвященных роли лесов в биогеохимических циклах.

Комплексные исследования лесных экосистем Енисейского меридионального трансекта (Центрально-Сибирский трансект, программа IGBP), в рамках которых проводилась представленная работа, направлены на выявление механизмов влияния зональных и локальных экологических факторов на биологическое разнообразие и вклад отдельных компонентов экосистем в биологический круговорот.



Цель исследований – выявить закономерности структурно-функциональной организации комплексов почвенных беспозвоночных (микро- и мезоэдафона) и их участия в деструкции органического вещества лесных экосистем, сформированных в разных почвенно-климатических условиях.

Реализация поставленной цели складывалась из решения следующих задач:

1. Анализ структурно-функциональной организации микро- и мезоэдафона лесных экосистем почвенно-климатических условий лесотундры и таежной зоны.

2. Выявление влияния почвенно-климатических факторов и качественного состава растительных остатков на долевое участие беспозвоночных в деструкционных процессах на основе модельных и полевых экспериментов.

3. Определение особенностей прямого участия беспозвоночных в деструкции органического вещества в разных почвенно-климатических условиях через запасы почвенной зоомассы и пищевую активность беспозвоночных-сапрофагов.

4. Количественная оценка вклада почвенных беспозвоночных в процессы трансформации органического вещества в лесных экосистемах.

Защищаемые положения

В рамках развития научной концепции экологического направления в почвоведении, констатирующей ключевую роль почвенных организмов в деструкционном звене биологического круговорота, на защиту выносятся следующие положения:

1. В лесных экосистемах, сформированных в разных почвенно-климатических условиях Енисейского меридионального трансекта тренды пространственного варьирования микро- и мезоэдафона не совпадают: максимум обилия микроартропод типичен для тех местообитаний, где почвенно-климатические условия лимитируют развитие крупных беспозвоночных.

2. Вклад почвенных беспозвоночных в деструкцию органического вещества детерминируется качественным составом фитодетрита и составляет от 12 до 54% общего высвобождения органического вещества при разложении.

3. Механизмы функционирования эдафона контролируются почвенно-климатическими условиями: в лесотундре и северной тайге участие почвенных беспозвоночных в деструкции органического вещества реализуется через метабиотические связи микроартропод и микрофлоры; в условиях южной тайги увеличивается вклад пищевой активности крупных сапрофагов.

Научная новизна

Выявлены закономерности структурно-функциональной организации почвенных беспозвоночных лесных экосистем лесотундры и таежной зоны Средней Сибири (в границах Енисейского меридионального трансекта), показавшие различия в пространственном варьировании микро- и мезоэдафона в зависимости от почвенно-климатических условий.

Оценка запасов биомассы почвенных беспозвоночных и аккумулированных в ней углерода и азота показала, что ее вклад в формирование пула лабильного органического вещества в лесных экосистемах региона не превышает 2%.

Впервые для лесных экосистем данной территории рассчитан ежегодный деструкционный поток органического вещества через популяции сапрофагов и вклад их пищевой активности в круговорот углерода и азота.

Практическая значимость

Данные о структурно-функциональной организации микро- и мезоэдафона могут быть использованы для мониторинга экологического состояния лесных экосистем и диагностики процессов, вызванных воздействием экзогенных факторов разного типа.

Полученные количественные оценки вклада почвенных беспозвоночных в деструкцию органического вещества предназначены для моделирования деструкционных процессов биологического круговорота в лесных экосистемах и могут быть использованы для коррекции уже имеющихся оценок основных потоков углеродного и азотного циклов.

Организация исследований

Работа выполнялась в Институте леса им. В.Н Сукачева СО РАН в рамках его научной тематики. На разных этапах исследования осуществлялись при поддержке Красноярского краевого фонда науки и Российского фонда фундаментальных исследований, проекты: «Оценка основных потоков углерода в разновозрастных сосняках таежной и лесостепной зон Сибири» (3F0018, 1994), «Циклы углерода, азота и минеральных элементов при формировании лесных биогеоценозов» (3F0013, 1996); «Направленность и скорость почвообразования под основными лесообразующими породами Сибири» (94-04-11978, 1994; 97-04-49948, 1997), «Углеродный цикл в лесных экосистемах Енисейского трансекта и прогноз его динамики в условиях глобального изменения климата» (99-04-96024, 1999г), «Запасы и потоки углерода, азота и зольных элементов в лесных и агроэкосистемах Средней Сибири» (02-04-49459, 2002), «Оценка воздействия пожаров на лесные экосистемы Средней Сибири и мониторинг запасов углерода» (№04-04-49384, 2004), «Динамика углерода в экосистемах хвойных лесов Средней Сибири» (03-04-20018-БНТС - российско-австрийский проект, 2003, 2006). При поддержке Миннауки и технологий - проект №130; Президиума СО РАН - проект «Участие микробо- и зооценозов в формировании лабильного органического вещества лесных экосистем Средней Сибири», совместного российско-американского проекта «Оценка и мониторинг воздействия гарей и интенсивности пожаров на эмиссию, баланс углерода, состояние и устойчивость лесов Средней Сибири» (99-ICA-076), Польского Фонда Науки и других.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в проведении комплексных экологических исследований в лесных экосистемах Енисейского меридионального трансекта, в проведении полевых экспериментов по изучению динамики разложения фитодетрита в условиях лесотундры и северной тайги. Автору принадлежит разработка, постановка и проведение экспериментальных и полевых исследований по изучению участия почвенных беспозвоночных в процессах трансформации органического вещества в лесных экосистемах, анализ, интерпретация и публикация полученных материалов.





Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 78 научных работ, в том числе 30 статей в рецензируемых российских журналах, международных изданиях и главы в двух коллективных монографиях.

Материалы диссертации были неоднократно представлены в виде устных и стендовых докладов на всероссийских и международных конференциях, в том числе: VIII Всесоюзный Съезд почвоведов (Новосибирск, 1989), Всесоюзная конференция «Проблемы почвенной зоологии» (Новосибирск, 1990), Международная Конференция «Кедрово-широколиственные леса Дальнего Востока» (Хабаровск, 1996), 17 Всемирный конгресс почвоведов (Бангкок, Таиланд, 2002), XII Всемирный лесной конгресс (Квебек, Канада, 2003), Всероссийская конференция «Структурно-функциональная организация и динамика лесов» (Красноярск, 2004), IV Съезд Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), IX Международная Зоологическая конференция «Динамика биологического разнообразия фауны, проблемы перспективы устойчивого использования и охраны животного мира Беларуси» (Минск, 2004), Workshop «Tree Species Effects on Soils: Implications for Global Change» (Красноярск, 2005), Международная научная конференция «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации» (Ростов-на-Дону, 2006), Международная конференция «Лесное почвоведение: итоги, проблемы, перспективы» (Сыктывкар, 2007), Международная научно-практическая конференция «Вермикомпостирование и вермикультивирование как основа экологического земледелия в ХХI веке – проблемы, перспективы, достижения» (Минск, 2007), Всемирный Конгресс по проблемам окружающей среды (Бопал, Индия, 2007), V Съезд Докучаевского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008), Всероссийская конференция «Пожары в лесных экосистемах Сибири» (Красноярск, 2008), XV Всероссийское совещание по почвенной зоологии (Москва, 2008).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 355 стр. Состоит из введения, шести глав и заключения. Включает 97 рисунков, 43 таблицы. Список литературы содержит 468 работ, в том числе 108 иностранных авторов.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность коллегам и наставникам д.б.н. Э.Ф. Ведровой и к.б.н. Э.П. Поповой за постоянную поддержку и помощь в работе, искреннюю признательность коллегам и соавторам д.б.н. Г.А. Ивановой, д.б.н. Ю.Н. Краснощекову, к.б.н. Г.И. Яшихину, к.б.н. С.Ю. Евграфовой, к.б.н. Л.В. Мухортовой, к.б.н. А.В. Климченко, к.б.н. П.А. Тарасову, к.с.-х.н. С.В. Верховцу, к.б.н. Ю.Н. Баранчикову и к.б.н. Н.И. Кириченко за помощь при выполнении целого ряда работ по теме диссертации и научные консультации.

Особая благодарность сотрудникам Института систематики и экологии животных СО РАН к.б.н. О.И. Кнор, к.б.н. И.И. Марченко, к.б.н. О.Г. Березиной за помощь в определении видового состава микроартропод.

ГЛАВА I. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ ПОЧВООБИТАЮЩИХ ЖИВОТНЫХ (СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА)

На основе работ М.С. Гилярова (1965), Л.С. Козловской (1976), Б.Р. Стригановой (1980), P. Lavelle, A. Spain (2001), D.С. Colleman, D.A. Crossley (2003) и других дан обзор таксономического и эколого-трофического разнообразия почвенных животных. Многообразие размерных и эколого-трофических групп почвенных животных обусловливает разнообразие экологических функций, которые они выполняют в почве и в экосистеме в целом. Наибольшее участие в биогенном круговороте в экосистемах суши принимают крупные сапрофаги (Стриганова, 1980; Криволуцкий и др., 1985; Покаржевский, 1985; Anderson, 2000; Lavelle, Spain, 2001; Wardle, 2002 и др.). Вклад беспозвоночных в трансформацию органического вещества подразумевает, как прямое участие беспозвоночных посредством пищевой активности (ассимиляция, минерализация), так и косвенное (измельчение и фрагментирование, перенос и перемешивание непереваренных органических остатков, стимуляция и ингибирование почвенной микрофлоры) (Курчева, 1971; Козловская, 1976; Стриганова, 1980; Покаржевский, 1985; Anderson, Ineson, Huish, 1983; Verhoef, Brussaard, 1990; Coleman, Crossley, 2003; Бызов, 2005 и др.).

Обзор почвенно-зоологических исследований в Сибири выявил слабую изученность функциональной активности почвенных беспозвоночных в лесных экосистемах (Козловская, 1957; 1959; 1976; Стебаева, 1970; Гришина, 1972; 1984; 1987; Дрянных, 1975; 1976; Дрянных и др., 1978; Дмитриенко, 1984; 1990; 2003; Бессолицина, 1990; 2001 и др.).

Анализ литературных данных по таксономическому, эколого-функциональному разнообразию почвенных беспозвоночных и их участию в экосистемных процессах, показал, что, несмотря на большое количество публикаций, вопрос о количественной оценке деятельности педобионтов, как одного из механизмов биологического круговорота, остается открытым.

Глава II. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ЕНИСЕЙСКОГО ТРАНСЕКТА

Трансект пересекает лесотундру, подзоны северной, средней и южной тайги и охватывает территорию, расположенную на приенисейской части Западно-Сибирской равнины и западную половину Среднесибирского плоскогорья (картосхема).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.