СОСТОЯНИЕ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ СТЕПНЫХ ПАЛЕОПОЧВ В МАЛЫЙ ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

THE STATE OF MICROBIAL COMMUNITIES OF STEPPE PALEOSOILS IN THE LITTLE ICE AGE

 

Т.С. Демкина, Т.Э. Хомутова, Т.В. Кузнецова, А.В. Борисов

T.S. Demkina, T.E. Khomutova, T.V. Kuznetsova, A.V. Borisov 

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

(Россия, 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2) 

Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science, Russian Academy of Sciences

(Russia, 142290, Pushchino Moscow Region, Institutskaya str., 2)

е-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Проведены исследования микробных сообществ современных и погребенных под валом Анны Иоанновны почв в Малый ледниковый период (МЛП). Полученные данные свидетельствуют, что в 1718–1720 гг. в сухостепной зоне на юге Приволжской возвышенности увлажненность климата была выше, чем в настоящее время. Температура в это время не препятствовала развитию степной растительности, что не повлекло за собой отрицательного воздействия МЛП на почвенные микробные сообщества.

Microbial communities of recent soils and paleosoils buried beneath the Anna Ioannovna rampart within the Little Ice Age (LIA) have been studied. The data obtained point that in 1718-1720 in the dry steppe zone on the south of the Privolzhskaya Upland the climate humidity was higher compared to the current time. The temperature of that time did not impede the development of steppe vegetation that did not entail negative influence of LIA on the soil microbial communities.

 

К настоящему времени проведены палеопочвенно-микробиологические исследования более 100 археологических памятников (курганов) эпох энеолита (IV тыс. до н.э.), бронзы (III-II тыс. до н.э.), раннего железа (V в. до н.э. – IV в. н.э.) и средневековья (XIII-XIV вв. н.э.) в различных природных районах Нижнего Поволжья. Полученные микробиологические данные свидетельствуют об определенной динамике природных условий в исследованных регионах, которые вызывали изменения в состоянии микробных сообществ почв в разные исторические эпохи.

Наряду с курганами в различных природных зонах Восточной Европы широко встречаются оборонительные валы. Наиболее древними из них (возраст 1500-2000 лет) являются Траяновы валы на Украине, в Молдавии, Румынии, Змиевы валы южнее Киева. Значительное место в числе фортификационных сооружений позднесредневековой и новой истории России XVI-XVIII вв. занимают засечные черты или линии, в частности, Большая засечная черта, Камская, Царицынская, Оренбургская линии и др. По историческим и письменным источникам время их возникновения, как правило, известно с точностью до года. Засечные черты представляли собой защитную пограничную систему на юге и востоке Русского государства для отражения набегов степных кочевников, ногайских и крымских татар. В естественнонаучном отношении засечные черты относятся к числу практически неизученных исторических памятников. А между тем, почвы, погребенные под оборонительными валами, представляют собой уникальные объекты для познания истории почвообразования и развития природной среды в течение позднего средневековья, нового и новейшего времени.

Строительство Царицынской оборонительной линии пришлось на Малый ледниковый период (МЛП). В метеорологическом словаре МЛП определяется как «период быстрого наступления ледников в Альпах, на севере Европы, в Исландии, на Аляске и предположительно в других районах с конца XVI в. или начала XVII в. до половины XIX в., очевидно, связанный с понижением температуры воздуха и увеличением количества осадков. Ледники в этот период достигли размеров, сравнимых с заключительной стадией четвертичного оледенения». [3]. Формальные характеристики МЛП на Русской равнине, согласованные по комплексу естественнонаучных данных, выглядят так: начало - 1560 окончание - 1895, длительность – 335 лет. Начало МЛП было резким. В гумидной зоне региона похолодание сопровождалось повышением влажности. Озера начали заболачиваться. В аридной зоне почвообразование сменилось экзогенным рельефообразованием и связанным с ним формированием поверхностных отложений и захоронением почв. 1560 предшествовал теплый период, который начался в 980. Максимум похолодания в МЛП приходится на 1645-1675 гг. Менее контрастное похолодание - на 1735-1765 гг. Наиболее частые летние заморозки были в 1857-1891 годах. В 1710-1730 гг. наблюдалось кратковременное потепление. Повышение температуры после МЛП носило плавный характер [5].

В связи с вышесказанным, целью работы было сравнительное изучение состояния микробных сообществ современных почв и палеопочв, погребенных под валом Царицынской оборонительной линии в Малый ледниковый период, который сопровождался повышенной увлажненностью и низкими температурами, не характерными для сухостепной зоны.

Объектом исследования являлся участок Царицынской оборонительной линии (вал Анны Иоанновны, Волгоградская область). Район исследований расположен в пределах сухостепной зоны с каштановыми почвами на юге Приволжской возвышенности в Волго-Донском междуречье. Объектами изучения послужили почвы, погребенные под валом Анны Иоанновны, и их современные фоновые аналоги. Вал был сооружен в 1718-1720 гг. от г. Царицына на Волге до Паньшина городка на Дону с целью защиты южных рубежей Русского государства от набегов степных кочевников. Его протяженность составляет 92 км, высота - 2-3 м и более, ширина в основании - 15-20 м. Исследованный нами участок вала, длиной около 5 км, расположен в 10 км к юго-востоку от ст. Качалино Иловлинского района Волгоградской области, на разных элементах рельефа в бассейне р. Сакарки (левый приток Дона).

В свежих образцах определяли микробиологические параметры, дающие контрастную характеристику микробного сообщества в степных палеопочвах в аридные и гумидные климатические периоды [2]. К их числу относятся: 1) активная биомасса микроорганизмов (С-СИД); 2) ее доля от Сорг почвы; 3) эколого-трофическая структура микробного сообщества (ПА:НА:БС), характеризующаяся соотношением микроорганизмов (в %), растущих на почвенном агаре и использующих элементы питания из рассеянного состояния (ПА), на нитритном агаре и потребляющие гумус (НА), на богатой органической среде и разлагающие растительные остатки (БС); 4) соотношение численности микроорганизмов, использующих легкодоступное органическое вещество – растительные остатки и труднодоступное – гумус: БС/НА; 5) индекс олиготрофности (ПА/БС?100), который характеризует способность микробного сообщества ассимилировать из рассеянного состояния зольные элементы питания, то есть, чем выше его значение, тем к более бедным условиям питания приспособлены почвенные микроорганизмы и, наоборот, чем ниже, - тем к более богатым условиям, связанным с большим поступлением в почву растительных остатков [4]. Количественные характеристики состояния микробных сообществ, такие, как значительное содержание биомассы активных микроорганизмов и ее высокая доля от Сорг почвы, преобладание в эколого-трофической структуре микроорганизмов, использующих легкодоступные органические вещества, высокие значения отношения численности микробов, использующих растительные остатки и гумус, низкие величины индекса олиготрофности - дают основания говорить о возрастающем поступлении в почву растительной массы. Известно, что в засушливых областях, к каковым относится и исследованная территория, увеличение растительной массы прежде всего обусловлено повышением атмосферных осадков в тот или иной исторический период. Усиление же аридизации климата в масштабе исторического времени, напротив, приводит к снижению четырех первых показателей и увеличению пятого. Для выявления различий по активности и устойчивости микробных сообществ современных и погребенных ~290 лет назад почв измеряли скорости базального (Vбазал.) и субстрат-индуцированного дыхания (Vсид), рассчитывали коэффициент дыхательной активности QR = Vбазал./Vсид. [1]. Живую микробную биомассу в почвах оценивали по содержанию фосфолипидов, т.к. они являются обязательным компонентом мембран живых клеток независимо от их физиологического состояния [6].

Ранее было показано, что радиоуглеродный возраст микробной фракции в горизонте А1 палеопочвы совпадает со временем создания кургана по археологической датировке [7]. Поэтому обратим особое внимание на состояние микробных сообществ в горизонте А1 изученных почв, чтобы судить об условиях окружающей среды МЛП (период строительства вала Анны Иоанновны) по сравнению с современностью.

Проведенные исследования микробных сообществ современных и погребенных под валом Анны Иоанновны (1718-1720 гг.) почв позволили выявить различия в их состоянии и оценить влияние климатических условий МЛП - повышенной увлажненности и низких температур, не характерных для сухостепной зоны. Полученные результаты анализа морфолого-генетического строения и физико-химических свойств изученных почв подтвердили вывод о более гумидном климате, имевшем место в начале XVIII в. н.э. в исследованном регионе.

С помощью трехфакторного дисперсионного анализа дана сравнительная оценка влияния фактора времени на исследованные микробиологические параметры на фоне других факторов (элемент рельефа, почвенный горизонт). Показано, что его вклад в дисперсию численности микроорганизмов различных трофических групп был незначительным (0.2-0.3%), но достоверным. Влияние фактора времени на содержание фосфолипидов, отражающих живую микробную биомассу, было недостоверным.

В верхнем горизонте палеопочв, отражающем условия окружающей среды периода строительства вала, выявлено в среднем по всем элементам рельефа в 2 раза меньшее содержание живой микробной биомассы, чем в современных аналогах, хотя на некоторых элементах рельефа (пойма на левом берегу и склон на правом берегу) различия были недостоверны. Кроме того в палеопочвах, погребенных под валом Анны Иоанновны, установлены более контрастные изменения содержания живой микробной биомассы в верхнем горизонте на разных элементах рельефа, чем в современных почвах.

Численность микроорганизмов различных трофических групп (довольствующихся элементами питания из рассеянного состояния, потребляющих гумус, использующих легкодоступное органическое вещество) в профиле современных и погребенных под валом почв различалась незначительно. Однако различия по суммарной численности микроорганизмов в верхнем горизонте на разных элементах рельефа также были более контрастными в период сооружения оборонительной линии.

Микробные сообщества палеопочв МЛП характеризовались меньшей метаболической активностью, большей ее вариабельностью по элементам рельефа в верхнем горизонте и практически одинаковой устойчивостью в сравнении с современными аналогами.

Эколого-трофическая структура микробных сообществ горизонта А1 существенно различалась в зависимости от рельефа. В целом по усредненным значениям по всем элементам рельефа в погребенных почвах доля микроорганизмов, использующих легкодоступное органическое вещество (растительные остатки), была на 7% выше за счет снижения доли микроорганизмов, выросших на ПА. При этом отношение БС/НА увеличилось в 1.5 раза, а индекс олиготрофности уменьшился в 1.4 раза по сравнению с современными почвами, что указывает на большее поступление растительных остатков в почву в период сооружения вала.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что в 1718–ь1720 гг. в сухостепной зоне на юге Приволжской возвышенности увлажненность климата была выше, чем в настоящее время. Температура, вероятно, не была очень низкой в этот период и не препятствовала развитию степной растительности, что не повлекло за собой отрицательного воздействия МЛП на почвенные микробные сообщества. 

Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 14-04-00934) и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Благодатская Е.В., Ананьева Н.Д. Оценка устойчивости микробных сообществ в процессе разложения поллютантов в почве // Почвоведение. 1996. № 11. С. 1341-1346.
  2. Демкина Т.С. и др. Микробиологические исследования подкурганных палеопочв в долине реки Иловли / Т.С. Демкина, Т.Э. Хомутова, А.В. Борисов, В.А. Демкин // Материалы по археологии Волго-Донских степей. Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2004. Вып. 2. С. 87-95.
  3. Колебания климата за последнее тысячелетие / Под ред. Е.П. Борисенкова. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 408 с.
  4. Никитин Д.И., Никитина Э.С. Процессы самоочищения окружающей среды и паразиты бактерий (род Bdellovibrio). М., 1978. 205 с.
  5. Тюрин А.М. Датирование Малого ледникового периода. Электрон. сб. ст. «Новая хронология». 2007. Вып. 5. http://new.chronologia.org/volume5/tur_mlp.html
  6. Хомутова Т.Э., Демкин В.А. Оценка биомассы микробных сообществ почв сухих степей по содержанию в них фосфолипидов // Почвоведение. 2011. № 6. С. 748-754.
  7. Demkina T.S., Khomutova T.E., Kashirskaya N.N. and et al. Age and activation of microbial communities in soils under burial mounds and in recent surface soils of steppe zone // Eurasian Soil Science. V. 41. № 13. P. 1439-1447.

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!