Articles

ДИНАМІКА КАТАЛАЗНОЇ АКТИВНОСТІ ҐРУНТУ У ПОСТПІРОГЕННІЙ ЕКОСИСТЕМІ ЛІСУ

L. D. Romanchuk
Поліський національний університет, м. Житомир
Yu. R. Tsipan
Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
Ключові слова
ґрунт каталазна активність постпірогенна лісова екосистема абіотичні фактори.

Анотація

Відстеження та аналіз екологічного відновлення лісових екосистем після пожеж у регіонах, де історично такі явища траплялись нечасто, є актуальним завданням у контексті глобального потепління. Чутливим діагностичним критерієм при  цьому є ферментативна активність ґрунту, яка тісно пов’язана з  з фізико-хімічними властивостями ґрунту, його мікробною біомасою та рослинністю, які зазнають суттєвих змін та перетворень у постпірогенний період. Метою наших досліджень було відстеження динаміки каталазної активності ґрунту в межах суборів південно-східної частини Волинського Полісся після пожежі середньої інтенсивності. Дослідження тривали з червня 2021 р. по листопад 2022 р. на ділянці лісу з розрідженим деревостаном. Відбір проб ґрунту для визначення активності ферменту каталази проводили кожен місяць. Одночасно, на місці відбору проб проводили інструментальне визначення температури, вологості та рН ґрунту для відстеження впливу на ферментативну активність сезонних змін абіотичних факторів середовища. Впродовж вісімнадцяти місяців спостережень було відмічено зростання активності ферменту каталази в 3 рази: від 0,92±0,2 мгО2/г/хв до 2,10±0,17 мгО2/г/хв, із піком значень у вересні 2022 р. 3,13±0,31 мгО2/г/хв. Було підтверджено статистичну значимість лінійної залежності дії температури ґрунту (r=0,58), вологості ґрунту (r=0,57) та рН ґрунту (r=0,64) на його каталазну активність. Багатофакторна регресійна залежність одночасної цих же факторів мала тісний зв’язок (r=0,97). Зроблено припущення, що серед усіх проаналізованих абіотичних факторів на процеси відновлення каталазної активності післяпожежного лісового ґрунту визначальний вплив має зміна рН на фоні сезонних температурних коливань та відповідних змін вологості ґрунту. Продовження подібних досліджень може мати цінність з огляду розробки інструментів ранньої діагностики відновлення постпірогенного ґрунту лісової екосистеми південно-східної частини Волинського Полісся, що є важливим завданням у програмах управління та відновлення післяпожежних територій України.

Біографії авторів

L. D. Romanchuk, Поліський національний університет, м. Житомир
д.с.-г.н., професор
Yu. R. Tsipan, Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне
аспірант 

Посилання

The state of the World's Forests. Forests, biodiversity and people. FAO, UNEP. Rome. 2020. 214 p. URL: https://www.fao.org/3/ca8642en/ca8642en.pdf (дата звернення: 14.11.2022).

Burrell A. L., Sun Q., Baxter R., Kukavskaya E. A. Climate change, fire return intervals and the growing risk of permanent forest loss in boreal Eurasia. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 831. Р. 154885.

Certini G. Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia. 2005. Vol. 143(1). P. 1–10.

Zema D. A. Influence of forest stand age on soil water repellency and hydraulic conductivity in the Mediterranean environment. Science of The Total Environment. 2021. Vol. 753. P. 142006.

Zema D. A. Effects of stand composition and soil properties on water repellency and hydraulic conductivity in Mediterranean forests. Ecohydrology. 2021. URL: https://doi.org/10.1002/eco.2276 (дата звернення: 10.11.2022).

Пірогенна трансформація сосняків України / Ворон В. П., Коваль І. М., Сидоренко С. Г., Мельник Є. Є., Ткач О. М., Борисенко В. Г., Тимощук І. В., Бологов О. Ю. Харків : ТОВ «Планета-Прінт». 2021. 286 с.

Wagenbrenner J. W., Ebel B. A.,

Bladon K. D., Kinoshita A. M. Post-wildfire hydrologic recovery in Mediterranean climates: A systematic review and case study to identify current knowledge and opportunities. Journal of Hydrology. 2021. Vol. 602. P. 126772.

Robichaud P. R., Ashmun L. E., Sims B. D. Post-fire treatment effectiveness for hillslope stabilization. Ft. Collins, CO U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 2010. URL: https://doi.org/10.2737/rmrs-gtr-240 (дата звернення: 10.11.2022).

Про затвердження Правил пожежної безпеки в лісах України : Наказ Держ. ком. ліс. госп-ва України від 27.12.2004 р. № 278. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0328-05#Text (дата звернення: 10.11.2022).

Smirnova E., Bergeron Y., Brais S. Influence of fire intensity on structure and composition of jack pine stands in the boreal forest of Quebec: Live trees, understory vegetation and dead wood dynamics. Forest Ecology and Management. 2008. Vol. 255(7). P. 2916–2927.

Glenn N. F., Finley C. D. Fire and vegetation type effects on soil hydrophobicity and infiltration in the sagebrush-steppe: I. Field analysis. Journal of Arid Environments. 2010.

Vol. 74(6). P. 653–659.

Marozas V., Racinskas J., Bartkevicius E. Dynamics of ground vegetation after surface fires in hemiboreal Pinus sylvestris forests. Forest Ecology and Management. 2007. Vol. 250(1–2). P. 47–55.

Temperature effects on soil organic carbon, soil labile organic carbon fractions, and soil enzyme activities under long-term fertilization regimes / Qi R., Li J., Lin Z., Li Z., Li Y., Yang X., Zhang J., Zhao B. Applied Soil Ecology. 2016. Vol. 102. P. 36–45.

Kivlin S. N., Treseder K. K. Soil extracellular enzyme activities correspond with abiotic factors more than fungal community composition. Biogeochemistry. 2013. Vol. 117(1). P. 23–37.

Kooch Y., Sanji R., Tabari M. Increasing tree diversity enhances microbial and enzyme activities in temperate Iranian forests. Trees. 2018. Vol. 32. № 3. P. 809–822.

Banerjee S., Bora S., Thrall P. H., Richardson A. E. Soil C and N as causal factors of spatial variation in extracellular enzyme activity across grassland-woodland ecotones. Applied Soil Ecology. 2016. Vol. 105. P. 1–8.

Burns R. G., DeForest J. L., Marxsen J., Sinsabaugh R. L. Soil enzymes in a changing environment: Current knowledge and future directions. Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 58. P. 216–234.

Soil enzyme response to permafrost collapse in the Northern Qinghai-Tibetan Plateau / Xu H., Liu G., Wu X., Smoak J. M., Mu C. Ecological Indicators. 2018. Vol. 85. P. 585–593. 1

Krämer S. Acid and alkaline phosphatase dynamics and their relationship to soil microclimate in a semiarid woodland. Soil Biology and Biochemistry. 2000. Vol. 32(2). P. 179–188.

Brockett B. F. T., Prescott C. E., Grayston S. J. Soil moisture is the major factor influencing microbial community structure and enzyme activities across seven biogeoclimatic zones in western Canada. Soil Biology and Biochemistry. 2012. Vol. 44(1). P. 9–20.

The enzymatic and physiological response of the microbial community in semiarid soil to carbon compounds from plants / Torres I. F., García C., Ruiz-Navarro A., Hernández T., Bastida F. European Journal of Soil Science. 2016. Vol. 67(4). P. 456–469.

Patterns of soil microorganisms and enzymatic activities of various forest types in coastal sandy land / Fan L., Tarin M. W. K., Zhang Y., Han Y., Rong J. Global Ecology and Conservation. 2021. Vol. 28. e01625. 11 p. 23. Simple kinetics, assay, and trends for soil microbial catalases / Georgiou C. D., Sun H. J., McKay C. P., Grintzalis K., Papapostolou I., Zisimopoulos D., Panagiotidis K., Zhang G. S., Koutsopoulou E., Christidis G. E., Margiolaki I. Analytical Biochemistry. 2020. Vol. 610. P. 113901.

REFERENCES:

The state of the World's Forests. Forests, biodiversity and people. FAO, UNEP. Rome. 2020. 214 p. URL: https://www.fao.org/3/ca8642en/ca8642en.pdf (data zvernennia: 10.11.2022).

Burrell A. L., Sun Q., Baxter R., Kukavskaya E. A. Climate change, fire return intervals and the growing risk of permanent forest loss in boreal Eurasia. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 831. Р. 154885.

Certini G. Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia. 2005. Vol. 143(1). P. 1–10.

Zema D. A. Influence of forest stand age on soil water repellency and hydraulic conductivity in the Mediterranean environment. Science of The Total Environment. 2021. Vol. 753. P. 142006.

Zema D. A. Effects of stand composition and soil properties on water repellency and hydraulic conductivity in Mediterranean forests. Ecohydrology. 2021. URL: https://doi.org/10.1002/eco.2276 (data zvernennia: 10.11.2022).

Pirohenna transformatsiia sosniakiv Ukrainy / Voron V. P., Koval I. M., Sydorenko S. H., Melnyk Ye. Ye., Tkach O. M., Borysenko V. H., Tymoshchuk I. V., Bolohov O. Yu. Kharkiv : TOV «Planeta-Print». 2021. 286 s.

Wagenbrenner J. W., Ebel B. A., Bladon K. D., Kinoshita A. M. Post-wildfire hydrologic recovery in Mediterranean climates: A systematic review and case study to identify current knowledge and opportunities. Journal of Hydrology. 2021. Vol. 602. P. 126772.

Robichaud P. R., Ashmun L. E., Sims B. D. Post-fire treatment effectiveness for hillslope stabilization. Ft. Collins, CO U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 2010. URL: https://doi.org/10.2737/rmrs-gtr-240 (data zvernennia: 10.11.2022).

Pro zatverdzhennia Pravyl pozhezhnoi bezpeky v lisakh Ukrainy : Nakaz Derzh. kom. lis. hosp-va Ukrainy vid 27.12.2004 r. № 278. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0328-05#Text (data zvernennia: 10.11.2022).

Smirnova E., Bergeron Y., Brais S. Influence of fire intensity on structure and composition of jack pine stands in the boreal forest of Quebec: Live trees, understory vegetation and dead wood dynamics. Forest Ecology and Management. 2008. Vol. 255(7). P. 2916–2927.

Glenn N. F., Finley C. D. Fire and vegetation type effects on soil hydrophobicity and infiltration in the sagebrush-steppe: I. Field analysis. Journal of Arid Environments. 2010.

Vol. 74(6). P. 653–659.

Marozas V., Racinskas J., Bartkevicius E. Dynamics of ground vegetation after surface fires in hemiboreal Pinus sylvestris forests. Forest Ecology and Management. 2007. Vol. 250(1–2). P. 47–55.

Temperature effects on soil organic carbon, soil labile organic carbon fractions, and soil enzyme activities under long-term fertilization regimes / Qi R., Li J., Lin Z., Li Z., Li Y., Yang X., Zhang J., Zhao B.Applied Soil Ecology. 2016. Vol. 102. P. 36–45.

Kivlin S. N., Treseder K. K. Soil extracellular enzyme activities correspond with abiotic factors more than fungal community composition. Biogeochemistry. 2013. Vol. 117(1). P. 23–37.

Kooch Y., Sanji R., Tabari M. Increasing tree diversity enhances microbial and enzyme activities in temperate Iranian forests. Trees. 2018. Vol. 32. № 3. P. 809–822.

Banerjee S., Bora S., Thrall P. H., Richardson A. E. Soil C and N as causal factors of spatial variation in extracellular enzyme activity across grassland-woodland ecotones. Applied Soil Ecology. 2016. Vol. 105. P. 1–8.

Burns R. G., DeForest J. L., Marxsen J., Sinsabaugh R. L. Soil enzymes in a changing environment: Current knowledge and future directions. Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 58. P. 216–234.

Soil enzyme response to permafrost collapse in the Northern Qinghai-Tibetan Plateau / Xu H., Liu G., Wu X., Smoak J. M., Mu C. Ecological Indicators. 2018. Vol. 85. P. 585–593.

Krämer S. Acid and alkaline phosphatase dynamics and their relationship to soil microclimate in a semiarid woodland. Soil Biology and Biochemistry. 2000. Vol. 32(2). P. 179–188.

Brockett B. F. T., Prescott C. E., Grayston S. J. Soil moisture is the major factor influencing microbial community structure and enzyme activities across seven biogeoclimatic zones in western Canada. Soil Biology and Biochemistry. 2012. Vol. 44(1). P. 9–20.

The enzymatic and physiological response of the microbial community in semiarid soil to carbon compounds from plants / Torres I. F., García C., Ruiz-Navarro A., Hernández T., Bastida F. European Journal of Soil Science. 2016. Vol. 67(4). P. 456–469.

Patterns of soil microorganisms and enzymatic activities of various forest types in coastal sandy land / Fan L., Tarin M. W. K., Zhang Y., Han Y., Rong J. Global Ecology and Conservation. 2021. Vol. 28. e01625. 11 p. 23. Simple kinetics, assay, and trends for soil microbial catalases / Georgiou C. D., Sun H. J., McKay C. P., Grintzalis K., Papapostolou I., Zisimopoulos D., Panagiotidis K., Zhang G. S., Koutsopoulou E., Christidis G. E., Margiolaki I. Analytical Biochemistry. 2020. Vol. 610. P. 113901.