Физико-химические и микробиологические характеристики почвы Республики Татарстан при разных типах землепользования
Аннотация
Обоснование. Качество почвы является ключевым фактором, определяющим ее способность поддерживать рост и развитие растений, сохранять экологическое равновесие и обеспечивать устойчивость агроэкосистем. Оно определяется совокупностью физико-химических и биологических свойств почвы, которые тесно взаимосвязаны и влияют на ее плодородие, структуру и экологические функции. Однако, характер землепользования может оказывать значительное влияние на данные свойства почвы, а, следовательно, на ее качество. Поэтому результаты этого исследования будут способствовать оптимальному и рациональному управлению почвенными экосистемами.
Цель. Исследованы участки серой лесной почвы (Haplic Luvisol) с разными типами землепользования на территории Лаишевского района Республики Татарстан. Оценено влияние разного типа землепользования (пашня, сенокосный луг, укос без изъятия фитомассы, залежь) на физико-химические (влажность, гранулометрический состав, содержание органического вещества, содержание нитратов) и микробиологические (респираторная активность, микробная биомасса, метаболическая активность) параметры серой лесной почвы.
Материалы и методы. Почвенные разрезы в количестве 4 штук были заложены на территории Лаишевского района Республики Татарстан на участках со следующими типами землепользования – пашня, сенокосный луг, укос без изъятия фитомассы и залежь. В почве определяли физико-химические свойства – влажность согласно ГОСТ 5180-2015, гранулометрический состав с применением лазерного дифрактометра Microtrac Bluewave (Microtrac Retsch GmbH, Германия), содержание органического вещества согласно ГОСТ 27753.10-88, содержание нитратов согласно ГОСТ 26951-86. В качестве микробиологических характеристик почвы определяли респираторную активность согласно ISO 16072:2002 и микробную биомассу согласно ISO 14240-1:1997. Общую метаболическую активность микробного сообщества почвы определяли с помощью показателя AWCD (средняя окрашенность ячеек) и коммерческих плашек Biolog Ecoplates (Biolog Inc., США).
Результаты. Установлено, что для профиля почвы пашни характерно более однородное распределение содержания органического вещества, более высокое содержание нитратов (13%) и микробной биомассы (145,5 мг/кг). В почве под пашней выявлена гомогенизация верхнего слоя и связанное с этим более однородное распределение фракций песка и ила. В почвах естественных типов землепользования наблюдалась дифференциация гранулометрического состава по профилю, более высокая респираторная (до 0,76 мкг С-СО2/г*ч) и метаболическая активность, а также аккумулирование органического вещества.
Заключение. Проведённые исследования подтвердили значительное влияние типа землепользования на физико-химические и биологические свойства серой лесной почвы. Интенсивная сельскохозяйственная деятельность, в частности использование почвы под пашню, приводит к изменениям в ее профиле. Снижение антропогенного воздействия на почву способствует сохранению и улучшению почвенных свойств. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости рационального управления почвенными ресурсами, направленного на минимизацию деградационных процессов и поддержание экологических функций почв. Оптимизация землепользования с учётом выявленных закономерностей позволит обеспечить устойчивое плодородие почв и сохранение их биоразнообразия.
Информация о спонсорстве. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 24-76-00066.
EDN: MCGAOQ
Скачивания
Литература
Азаренко (Мясникова), М. А., Казеев, К. Ш., & Ермолаева, О. Ю. (2020). Изменение растительного покрова и биологических свойств чернозёмов в постагрогенный период. Почвоведение, (11), 1412–1422. https://doi.org/10.31857/S0032180X20110039. EDN: https://elibrary.ru/PPTQHZ
Бузетти, К. Д., & Иванов, М. В. (2020). Воздействие минеральных и органических удобрений на экосистему, качество сельскохозяйственной продукции и здоровье человека. Аграрная наука, (5), 80–84. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-338-5-80-84. EDN: https://elibrary.ru/DQLGFZ
Бурдуковский, М. Л., Голов, В. И., & Перепелкина, П. А. (2021). Агрогенные и постагрогенные изменения запасов углерода и физических свойств подбелов темногумусовых. Почвоведение, (6), 747–756. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060046. EDN: https://elibrary.ru/WCEYQL
Вершинин, А. А., Петров, А. М., & Каримуллин, Л. К. (2017). Дыхательная активность почв в окрестностях Нижнекамского промышленного комплекса. Экология почв, (15), 31–34. EDN: https://elibrary.ru/ZHBEYN
ГОСТ 17.4.4.02 2017. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа (2017, с. 1–18).
ГОСТ 26951 86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом (1986, с. 1–10).
ГОСТ 27753.10 88. Грунты тепличные. Метод определения органического вещества (1988, с. 1–4).
ГОСТ 5180 2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик (2019, с. 1–23).
ГОСТ Р 8.777 2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения (2019, с. 1–11).
Егоров, В. В., Иванова, Е. Н., & Фридланд, В. М. (1977). Классификация и диагностика почв СССР. Москва: Колос, с. 1–225. EDN: https://elibrary.ru/YWWBDV
Курганова, И. Н. (2018). Влияние процессов естественного лесовосстановления на микробиологическую активность постагрогенных почв европейской части России. Лесоведение, (1), 3–23. https://doi.org/10.7868/S0024114818010011. EDN: https://elibrary.ru/GSZZSU
Курганова, И. Н., де Гереню, В. О. Л., & Смоленцева, Е. Н. (2021). Влияние типа землепользования на физические свойства чернозёмов лесостепной зоны Западной Сибири. Почвоведение, (9), 1061–1075. https://doi.org/10.31857/S0032180X21090045. EDN: https://elibrary.ru/HWOICG
Рыжова, И. М., Ерохова, А. А., & Подвезённая, М. А. (2014). Динамика и структура запасов углерода в постагрогенных экосистемах южной тайги. Почвоведение, (12), 1426–1435. https://doi.org/10.7868/S0032180X14090111. EDN: https://elibrary.ru/SXIZKZ
СанПиН 1.2.3685 21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания (2021, с. 1–988).
Сахаров, А. В., Мищенко, В. В., & Еремин, Д. И. (2020). Агрофизические свойства чернозёма выщелоченного при различном его использовании в лесостепной зоне Зауралья. Вестник Курганской ГСХА, (3), 62–67. EDN: https://elibrary.ru/VMBQXC
Соколова, Л. Г., Зорина, С. Ю., & Белоусова, Е. Н. (2021). Эмиссия СО₂ из почвы при введении краткосрочной сидерации в паровое поле в условиях лесостепной зоны Прибайкалья. Почвоведение, (10), 1262–1273. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100117. EDN: https://elibrary.ru/XALIFX
Филиппова, О. И., Холодов, В. А., & Сафронова, Н. А. (2019). Микроагрегатный, гранулометрический и агрегатный состав гумусовых горизонтов зонального ряда почв европейской России. Почвоведение, (3), 335–347. https://doi.org/10.1134/S0032180X19030031. EDN: https://elibrary.ru/VUFCWH
Холодов, В. А., Ярославцева, Н. В., & Фарходов, Ю. Р. (2019). Изменение соотношения фракций агрегатов в гумусовых горизонтах чернозёмов в различных условиях землепользования. Почвоведение, (2), 184–193. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020060. EDN: https://elibrary.ru/YVZMRV
Bakhshandeh, E., Hossieni, M., & Zeraatpisheh, M. (2019). Land use change effects on soil quality and biological fertility: A case study in northern Iran. European Journal of Soil Biology, 95(8), 103119.
Basso, F., Bove, E., & Dumontet, S. (2000). Evaluating environmental sensitivity at the basin scale through the use of geographic information systems and remotely sensed data: An example covering the Agri basin (Southern Italy). Catena, 40(1), 19–35. EDN: https://elibrary.ru/AFPEPF
Beisel, J. N., & Moreteau, J. C. (1997). A simple formula for calculating the lower limit of Shannon’s diversity index. Ecological Modelling, 99(2), 289–292. EDN: https://elibrary.ru/AIRYOV
Brewer, T. E., Aronson, E. L., & Arogyaswamy, K. (2019). Ecological and genomic attributes of novel bacterial taxa that thrive in subsurface soil horizons. mBio, 10(5), 1–14.
Chen, X., Yan, X., & Wang, M. (2022). Long term excessive phosphorus fertilization alters soil phosphorus fractions in the acidic soil of pomelo orchards. Soil & Tillage Research, 215, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105214. EDN: https://elibrary.ru/FOKZGM
Eilers, K. G., Debenport, S., & Anderson, S. (2012). Digging deeper to find unique microbial communities: The strong effect of depth on the structure of bacterial and archaeal communities in soil. Soil Biology and Biochemistry, 50, 58–65.
Franzluebbers, A. J. (2002). Water infiltration and soil structure related to organic matter and its stratification with depth. Soil & Tillage Research, 66(2), 197–205. EDN: https://elibrary.ru/AXVEIN
Hao, J., Chai, Y. N., & Lopes, L. D. (2021). The effects of soil depth on the structure of microbial communities in agricultural soils in Iowa (United States). Applied and Environmental Microbiology, 87(4), 1–17.
Huang, R., Li, W., & Qiu, S. (2025). Impact of land use types on soil microbial community structure and functional structure in Baihualing Village, China. Global Ecology and Conservation, 57, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e03379. EDN: https://elibrary.ru/XKIQZP
ISO 14240 1:1997. Soil quality — Determination of soil microbial biomass. Part 1: Substrate induced respiration method (1997, vol. 1, pp. 1–5).
ISO 16072:2002. Soil quality — Laboratory methods for determination of microbial soil respiration (2002, vol. 1, pp. 1–11).
Kooch, Y., Kartalaei, Z. M., & Haghverdi, K. (2023). Soil function indicators are influenced by land use of different ages: A case study in a semi arid region. Science of the Total Environment, 861(10), 160570.
Lipiec, J., & Hatano, R. (2003). Quantification of compaction effects on soil physical properties and crop growth. Geoderma, 116(1–2), 107–136. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(03)00097-1. EDN: https://elibrary.ru/XNZRGP
López Bellido, L., Muñoz Romero, V., & López Bellido, R. J. (2013). Nitrate accumulation in the soil profile: Long term effects of tillage, rotation and N rate in a Mediterranean Vertisol. Soil & Tillage Research, 130, 18–23.
Markewitz, D., Sartori, F., & Craft, C. (2002). Soil change and carbon storage in longleaf pine stands planted on marginal agricultural lands. Ecological Applications, 12(5), 1276–1285.
Naylor, D., McClure, R., & Jansson, J. (2022). Trends in microbial community composition and function by soil depth. Microorganisms, 10(3), 1–26. https://doi.org/10.3390/microorganisms10030540. EDN: https://elibrary.ru/NABNCY
Oliveira, S. P. de, Lacerda, N. B. de, & Blum, S. C. (2015). Organic carbon and nitrogen stocks in soils of Northeastern Brazil converted to irrigated agriculture. Land Degradation & Development, 26(1), 9–21.
Spohn, M., Klaus, K., & Wanek, W. (2016). Microbial carbon use efficiency and biomass turnover times depending on soil depth — Implications for carbon cycling. Soil Biology and Biochemistry, 96, 74–81.
Telo da Gama, J. (2023). The role of soils in sustainability, climate change, and ecosystem services: Challenges and opportunities. Ecologies, 4(3), 552–567. https://doi.org/10.3390/ecologies4030036. EDN: https://elibrary.ru/ROFSPS
Tripathi, B. M., Kim, H. M., & Jung, J. Y. (2019). Distinct taxonomic and functional profiles of the microbiome associated with different soil horizons of a moist tussock tundra in Alaska. Frontiers in Microbiology, 10(6), 1–14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01442. EDN: https://elibrary.ru/BAIIGO
Yang, T., Lupwayi, N., & Marc, S. A. (2021). Anthropogenic drivers of soil microbial communities and impacts on soil biological functions in agroecosystems. Global Ecology and Conservation, 27, 1–27. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01521. EDN: https://elibrary.ru/TTSTLW
Young, J. M., Skvortsov, T., & Kelleher, B. P. (2019). Effect of soil horizon stratigraphy on the microbial ecology of alpine paleosols. Science of the Total Environment, 657(11), 1183–1193. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.442. EDN: https://elibrary.ru/KYLWRS
References
Azarenko (Myasnikova), M. A., Kazeev, K. Sh., & Ermolaeva, O. Yu. (2020). Changes in vegetation cover and biological properties of chernozems in the post agrogenic period. Soil Science, (11), 1412–1422. https://doi.org/10.31857/S0032180X20110039. EDN: https://elibrary.ru/PPTQHZ
Buzetti, K. D., & Ivanov, M. V. (2020). Impact of mineral and organic fertilizers on the ecosystem, agricultural product quality, and human health. Agrarian Science, (5), 80–84. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-338-5-80-84. EDN: https://elibrary.ru/DQLGFZ
Burdukovskiy, M. L., Golov, V. I., & Perepelkina, P. A. (2021). Agrogenic and post agrogenic changes in carbon stocks and physical properties of dark humus podbels. Soil Science, (6), 747–756. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060046. EDN: https://elibrary.ru/WCEYQL
Vershinin, A. A., Petrov, A. M., & Karimullin, L. K. (2017). Respiratory activity of soils in the vicinity of the Nizhnekamsk industrial complex. Soil Ecology, (15), 31–34. EDN: https://elibrary.ru/ZHBEYN
GOST 17.4.4.02–2017. Soils. Methods for sampling and preparing samples for chemical, bacteriological, and helminthological analysis (2017, pp. 1–18)
GOST 26951–86. Soils. Determination of nitrates by ionometric method (1986, pp. 1–10)
GOST 27753.10–88. Greenhouse soils. Method for determining organic matter (1988, pp. 1–4)
GOST 5180–2015. Soils. Methods for laboratory determination of physical characteristics (2019, pp. 1–23)
GOST R 8.777–2011. State system for ensuring the uniformity of measurements. Disperse composition of aerosols and suspensions. Determination of particle size by laser diffraction (2019, pp. 1–11)
Egorov, V. V., Ivanova, E. N., & Fridland, V. M. (1977). Classification and diagnostics of soils of the USSR. Moscow: Kolos, pp. 1–225. EDN: https://elibrary.ru/YWWBDV
Kurganova, I. N. (2018). Influence of natural reforestation processes on the microbiological activity of post agrogenic soils in the European part of Russia. Forest Science, (1), 3–23. https://doi.org/10.7868/S0024114818010011. EDN: https://elibrary.ru/GSZZSU
Kurganova, I. N., de Gerenyu, V. O. L., & Smolentseva, E. N. (2021). Influence of land use type on the physical properties of chernozems in the forest steppe zone of Western Siberia. Soil Science, (9), 1061–1075. https://doi.org/10.31857/S0032180X21090045. EDN: https://elibrary.ru/HWOICG
Ryzhova, I. M., Erokhova, A. A., & Podvezyonnaya, M. A. (2014). Dynamics and structure of carbon stocks in post agrogenic ecosystems of the southern taiga. Soil Science, (12), 1426–1435. https://doi.org/10.7868/S0032180X14090111. EDN: https://elibrary.ru/SXIZKZ
SanPiN 1.2.3685–21. Hygienic standards and requirements for ensuring safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans (2021, pp. 1–988)
Sakharov, A. V., Mishchenko, V. V., & Eremin, D. I. (2020). Agro physical properties of leached chernozem under different uses in the forest steppe zone of the Trans Urals. Bulletin of the Kurgan State Agricultural Academy, (3), 62–67. EDN: https://elibrary.ru/VMBQXC
Sokolova, L. G., Zorina, S. Yu., & Belousova, E. N. (2021). CO₂ emission from soil when introducing short term green manuring into a fallow field in the forest steppe zone of the Baikal region. Soil Science, (10), 1262–1273. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100117. EDN: https://elibrary.ru/XALIFX
Filippova, O. I., Kholodov, V. A., & Safronova, N. A. (2019). Microaggregate, particle size, and aggregate composition of humus horizons in the zonal soil series of European Russia. Soil Science, (3), 335–347. https://doi.org/10.1134/S0032180X19030031. EDN: https://elibrary.ru/VUFCWH
Kholodov, V. A., Yaroslavtseva, N. V., & Farhodov, Yu. R. (2019). Changes in the ratio of aggregate fractions in humus horizons of chernozems under different land use conditions. Soil Science, (2), 184–193. https://doi.org/10.1134/S0032180X19020060. EDN: https://elibrary.ru/YVZMRV
Bakhshandeh, E., Hossieni, M., & Zeraatpisheh, M. (2019). Land use change effects on soil quality and biological fertility: A case study in northern Iran. European Journal of Soil Biology, 95(8), 103119.
Basso, F., Bove, E., & Dumontet, S. (2000). Evaluating environmental sensitivity at the basin scale through the use of geographic information systems and remotely sensed data: An example covering the Agri basin (Southern Italy). Catena, 40(1), 19–35. EDN: https://elibrary.ru/AFPEPF
Beisel, J. N., & Moreteau, J. C. (1997). A simple formula for calculating the lower limit of Shannon’s diversity index. Ecological Modelling, 99(2), 289–292. EDN: https://elibrary.ru/AIRYOV
Brewer, T. E., Aronson, E. L., & Arogyaswamy, K. (2019). Ecological and genomic attributes of novel bacterial taxa that thrive in subsurface soil horizons. mBio, 10(5), 1–14.
Chen, X., Yan, X., & Wang, M. (2022). Long term excessive phosphorus fertilization alters soil phosphorus fractions in the acidic soil of pomelo orchards. Soil & Tillage Research, 215, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105214. EDN: https://elibrary.ru/FOKZGM
Eilers, K. G., Debenport, S., & Anderson, S. (2012). Digging deeper to find unique microbial communities: The strong effect of depth on the structure of bacterial and archaeal communities in soil. Soil Biology and Biochemistry, 50, 58–65.
Franzluebbers, A. J. (2002). Water infiltration and soil structure related to organic matter and its stratification with depth. Soil & Tillage Research, 66(2), 197–205. EDN: https://elibrary.ru/AXVEIN
Hao, J., Chai, Y. N., & Lopes, L. D. (2021). The effects of soil depth on the structure of microbial communities in agricultural soils in Iowa (United States). Applied and Environmental Microbiology, 87(4), 1–17.
Huang, R., Li, W., & Qiu, S. (2025). Impact of land use types on soil microbial community structure and functional structure in Baihualing Village, China. Global Ecology and Conservation, 57, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e03379. EDN: https://elibrary.ru/XKIQZP
ISO 14240 1:1997. Soil quality — Determination of soil microbial biomass. Part 1: Substrate induced respiration method (1997, vol. 1, pp. 1–5).
ISO 16072:2002. Soil quality — Laboratory methods for determination of microbial soil respiration (2002, vol. 1, pp. 1–11).
Kooch, Y., Kartalaei, Z. M., & Haghverdi, K. (2023). Soil function indicators are influenced by land use of different ages: A case study in a semi arid region. Science of the Total Environment, 861(10), 160570.
Lipiec, J., & Hatano, R. (2003). Quantification of compaction effects on soil physical properties and crop growth. Geoderma, 116(1–2), 107–136. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(03)00097-1. EDN: https://elibrary.ru/XNZRGP
López Bellido, L., Muñoz Romero, V., & López Bellido, R. J. (2013). Nitrate accumulation in the soil profile: Long term effects of tillage, rotation and N rate in a Mediterranean Vertisol. Soil & Tillage Research, 130, 18–23.
Markewitz, D., Sartori, F., & Craft, C. (2002). Soil change and carbon storage in longleaf pine stands planted on marginal agricultural lands. Ecological Applications, 12(5), 1276–1285.
Naylor, D., McClure, R., & Jansson, J. (2022). Trends in microbial community composition and function by soil depth. Microorganisms, 10(3), 1–26. https://doi.org/10.3390/microorganisms10030540. EDN: https://elibrary.ru/NABNCY
Oliveira, S. P. de, Lacerda, N. B. de, & Blum, S. C. (2015). Organic carbon and nitrogen stocks in soils of Northeastern Brazil converted to irrigated agriculture. Land Degradation & Development, 26(1), 9–21.
Spohn, M., Klaus, K., & Wanek, W. (2016). Microbial carbon use efficiency and biomass turnover times depending on soil depth — Implications for carbon cycling. Soil Biology and Biochemistry, 96, 74–81.
Telo da Gama, J. (2023). The role of soils in sustainability, climate change, and ecosystem services: Challenges and opportunities. Ecologies, 4(3), 552–567. https://doi.org/10.3390/ecologies4030036. EDN: https://elibrary.ru/ROFSPS
Tripathi, B. M., Kim, H. M., & Jung, J. Y. (2019). Distinct taxonomic and functional profiles of the microbiome associated with different soil horizons of a moist tussock tundra in Alaska. Frontiers in Microbiology, 10(6), 1–14. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01442. EDN: https://elibrary.ru/BAIIGO
Yang, T., Lupwayi, N., & Marc, S. A. (2021). Anthropogenic drivers of soil microbial communities and impacts on soil biological functions in agroecosystems. Global Ecology and Conservation, 27, 1–27. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01521. EDN: https://elibrary.ru/TTSTLW
Young, J. M., Skvortsov, T., & Kelleher, B. P. (2019). Effect of soil horizon stratigraphy on the microbial ecology of alpine paleosols. Science of the Total Environment, 657(11), 1183–1193. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.442. EDN: https://elibrary.ru/KYLWRS
Copyright (c) 2025 Natalia V. Danilova, Vyacheslav R. Babichuk, Liliya R. Biktasheva, Rodion V. Okunev, Polina A. Kuryntseva, Svetlana Yu. Selivanovskaya
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
