авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Современный этап эволюции и трансформация почв полупустыни северного прикаспия при лесомелиоративном воздействии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Сиземская Марина Львовна СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП ЭВОЛЮЦИИ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВ ПОЛУПУСТЫНИ СЕВЕРНОГО ПРИКАСПИЯ ПРИ ЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Специальность: 03.02.08 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва – 2011

Работа выполнена в лаборатории аридного лесоразведения и лесной зоологии Учреждения Российской академии наук Института лесоведения РАН

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Герасимова Мария Иннокентиевна доктор сельскохозяйственных наук, профессор Панкова Евгения Ивановна доктор биологических наук Романовский Михаил Георгиевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Защита состоится «» _ 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.054.01 при Учреждении Российской академии наук Институте лесоведения РАН по адресу: 143030, Московская обл., Одинцовский р-н, с. Успенское, ул. Советская, 21. Тел./факс: +7(495)6345257.

E-mail: root@ilan.ras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института лесоведения РАН

Автореферат разослан «» 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, к.б.н. Уткина И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение современных процессов эволюции почв как важнейшего компонента экосистем дает возможность более глубокого по нимания их функционирования и составления научно обоснованных прогнозов их дальнейшего развития. Для почв аридных регионов одной из важнейших ха рактеристик является их солевое состояние, которое, в отличие от многих дру гих почвенных свойств, может изменяться во времени сравнительно быстро и поэтому быть доступным для непосредственных натурных наблюдений. В этом отношении целинные ландшафты глинистой полупустыни Северного Прикас пия являются прекрасной природной моделью территории, где на протяжении коротких исторических промежутков времени в связи с цикличностью клима тических условий и, возможно, другими причинами, почвы неоднократно под вергались процессам засоления и рассоления. Существующая литература по этой проблеме (Ковда, 1950;

Динесман, 1960, 1977;

Демкин, Иванов, 1985;

Ген надиев, 1990;

Демкин и др., 2003, 2006) относится преимущественно к измене нию солевого состояния почв на протяжении всего голоцена или крупных его отрезков, исчисляемых веками и тысячелетиями. Проявление процессов совре менной эволюции почв этой территории практически не изучены.

Существенное влияние на трансформацию почв оказало антропогенное воздействие. Для аридных регионов страны с природными условиями, при знанными в мировой практике нелесопригодными, на Джаныбекском стациона ре Института лесоведения РАН в середине прошлого века был разработан и осуществлен в натуре особый вариант природопользования на богаре. Он обес печивает мелиорацию почв, повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий, сохранение биоразнообразия, оптимизацию ландшафта с использова нием жизнестойких лесных насаждений разного строения и назначения и, как следствие, улучшает условия жизни людей (Биогеоценотические основы…, 1974;

Большаков и др., 1983;

Рекомендации…, 1988;

Повышение продуктивно сти…, 1989). Этот вариант включает в себя, в частности, оригинальную эффек тивную систему агролесомелиоративных (АЛМ) мероприятий, способствую щую достаточно быстрому рассолению и рассолонцеванию солонцов. Анализ данных по динамике и функционированию почв в АЛМ системах дает возмож ность оценить их изменение при антропогенном воздействии на фоне эволюции почв целинных участков. Последнее обобщение было выполнено в начале 70-х годов ХХ века (Биогеоценотические основы…, 1974). В дальнейшем за про шедшие десятилетия в природных условиях, в том числе, в почвах и в состоя нии АЛМ систем произошли существенные изменения, которые требуют ана лиза, осмысления и оценки.

Состояние вопроса. В работах А.А. Роде, А.Ф. Большакова, М.Н. Поль ского и других исследователей дана характеристика природных условий, почв и почвенного покрова на период организации Джаныбекского стационара. В более поздних публикациях Г.П. Максимюк, И.Н. Оловянниковой, Г.С. Базы киной, Т.А. Соколовой и других авторов были представлены результаты изуче ния водного и солевого режимов почв и дана оценка изменения их физико химических характеристик в результате АЛМ воздействий. Были показаны осо бенности профильного распределения и содержания легкорастворимых солей (Роде, Польский, 1961), их изменения при мелиорации (Максимюк, 1961, 1974);

количественно охарактеризованы особенности рассоления солонцов на участ ках с различной длительностью мелиорации, выявлено образование элювиаль но-солевого и иллювиально-солевого горизонтов, описан характер перераспре деления и миграции солей во всей почвенно-грунтовой толще (Максимюк, 1989);

изучено мелиоративное влияние системы лесных полос на разных этапах ее функционирования (Базыкина, Оловянникова, 1996), дана экологическая оценка антропогенно-измененных почв (Базыкина, 2000, 2005).

Исследовали также изменения при мелиорации аккумуляций карбонатов (Романенкова, 1990), состава почвенного поглощающего комплекса (Романен ков, 1990) как при богарном освоении почв, так и при орошении (Толпешта, 1993). Работы последних лет связаны с изучением влияния подъема уровня грунтовых вод на различные процессы почвообразования. В частности, показа но изменение солевого состояния солонцов (Топунова, 2003), лугово каштановых почв (Бычков, 2007), в том числе, в модельном эксперименте (Во лодина, 2005);

почвенного поглощающего комплекса (Колесников, 2004);

на правленности водно-солевого процесса (Сотнева, 2004;

Голованов, Сотнева, 2009) и некоторых других эволюционных аспектов (Базыкина, 2005;

Хитров, 2005).

Однако, несмотря на относительную изученность механизмов многих почвообразовательных процессов, не существует общей концепции современ ной эволюции почв Северного Прикаспия, которая не только охватывала бы длительный временной ряд исследования почвенной составляющей при естест венном развитии ландшафта и при различных антропогенных воздействиях в аридных регионах, но и характеризовала бы тренд, динамику и скорость почво образования.

Основная цель работы – исследование направления и скорости процес сов современного этапа эволюции и динамики почв под влиянием природных и антропогенных факторов в естественных полупустынных и искусственных лес ных экосистемах Северного Прикаспия. Для достижения данной цели были по ставлены следующие задачи:

1. Дать анализ динамики уровня и минерализации грунтовых вод и оха рактеризовать современную почвенно-гидрологическую обстановку, опреде ляющую направленность процессов эволюции почв.

2. Исследовать основные процессы почвообразования в условиях целин ных ландшафтов.

3. Изучить современное состояние почв в системе агролесомелиорации и выявить тенденции их антропогенной трансформации.

4. Оценить эффективность агролесомелиоративных мероприятий в связи с изменениями природной обстановки и длительной (40-60 лет) мелиорацией.

5. Изучить результаты воздействия искусственных лесных насаждений на свойства почв.

Научная новизна работы заключается во всесторонней характеристике направления современного почвообразования и впервые выделенного особого этапа эволюции почв глинистой полупустыни Северного Прикаспия, происхо дящего под воздействием природных и антропогенных факторов, среди кото рых наиболее важная роль отводится подъему уровня грунтовых вод и влиянию искусственных лесных экосистем. Обобщены результаты длительных экспери ментальных почвенных исследований в условиях целинных и антропогенных ландшафтов.

Выявлены и охарактеризованы ведущие почвообразовательные процессы, формирующие современный облик почв. В условиях целинных ландшафтов та кими процессами, прежде всего, являются: засоление почвенно-грунтовой тол щи за счет подъема уровня грунтовых вод, охватывающее все компоненты поч венного покрова, возрастание доли хлора и щелочноземельных катионов в со ставе легкорастворимых солей, а также увеличение доли обменного Na+ в со ставе ППК. В условиях АЛМ систем ведущими процессами трансформации почв являются рассоление-засоление, выщелачивание гипса, окарбоначивание, замещение натрия кальцием в составе ППК. Именно эти процессы определяют формирование солевого состояния почв полупустыни Северного Прикаспия, которое отнесено к наиболее важной интегральной характеристике, отражаю щей и результирующей проявление тех динамических процессов, которые про исходили как в прежние эпохи эволюции почв, так и наблюдаемые на ее совре менном этапе. На макро-, мезо-, микроуровнях изучены особенности строения новообразований легкорастворимых солей, карбонатов и гипса. Во временном ряду дана оценка скорости изменения показателей солевого состояния почв в АЛМ системах, разработана диагностика их постмелиоративного состояния.

Выявлено формирование антропогенных почв, не имеющих аналогов в приро де, и определено их классификационное положение. Дано обоснование выделе ния особого антропогенного этапа развития почв, который по скорости, интен сивности протекания процессов, результатам несопоставим с предыдущими пе риодами эволюции. Проведена сравнительная оценка различных видов исполь зования почв. Показано, что по сравнению с другими приемами освоения тер ритории, например, орошением, агролесомелиорация характеризуется более щадящими экологическими последствиями воздействия на природные ланд шафты полупустыни.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Современный этап эволюции почв глинистой полупустыни Северного Прикаспия определяется увеличением общей увлажненности территории в кон це ХХ века и возрастанием влияния подъема грунтовых вод на процессы поч вообразования. Основной тренд этого этапа проявляется в интенсификации процессов миграции солей в почвенно-грунтовой толще.

2. Создание функционально необходимых и социально значимых искус ственных лесных насаждений в условиях полупустыни оказывает существенное влияние на природные ландшафты и становится важным фактором антропоген ной трансформации почв, предопределяющим направление и скорость ведущих почвообразовательных процессов.

3. Агролесомелиоративное воздействие приводит к созданию антропо генных почв с новой системой генетически взаимосвязанных горизонтов.

Предложено называть эти мелиорируемые почвы элювиально-солевыми агро земами.

4. Постмелиоративное состояние солонцов характеризуется замедлением скорости их трансформации при продолжающемся мелиоративном воздейст вии. Разработаны качественные и количественные показатели постмелиоратив ного состояния солонцов, отражающие диагностические, динамические, гене тические, классификационные, экологические признаки его проявления.

Практическая значимость. Охарактеризованы результаты и дана эколо гическая оценка различных видов использования земель: при АЛМ воздейст вии, орошении, в состоянии залежи, при выращивании массивных лесных на саждений, - что должно быть учтено при проведении мелиоративных и сель скохозяйственных мероприятий на почвах солонцового комплекса в современ ных условиях. Выявлен и описан этап постмелиорации солонцов, дана его ха рактеристика, разработаны диагностические показатели и предложены крите рии его выделения. Изученные закономерности важны для прогноза и предот вращения нежелательных последствий различных видов антропогенного воз действия, а также для оптимизации природопользования в регионе.

Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы были представлены на научных совещания и конференциях отечествен ного и международного уровня: «Влияние гидрологического режима на струк туру и функционирование биогеоценозов» (Сыктывкар, 1987);

10th International Soil Zoology Colloquium (Bangalore, India, 1988);

VIII Всесоюзный Съезд почво ведов (Новосибирск, 1989);

«Почвенные ресурсы Прикаспийского региона и их рациональное использование в современных социально-экономических услови ях» (Астрахань, 1994);

«Биологическое разнообразие лесных экосистем» (Мо сква, 1995);

10th International Working Meeting Soil micromorphology (Москва, 1996);

«Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреж дения» (Москва, 1998);

«Экологический мониторинг лесных экосистем» (Пет розаводск, 1999);

«Combating desertification with plants» (Beer Sheva, Israel, 1999);

«Проблемы природопользования и сохранения биоразнообразия в усло виях опустынивания» (Волгоград, 2000);

Х1Х Чтения памяти В.Н.Сукачева «Экологические процессы в аридных биогеоценозах» (Москва, 2001);

«Лесные стационарные исследования: методы, результаты, перспективы» (Москва, 2001);

«Функции почв в биосферно-геосферных системах» (Москва, 2001);

12th International Soil Conservation Organization Conference (Beijing, China, 2002);

«Степи Северной Евразии. Эталонные степные ландшафты: проблемы охраны, экологической реставрации и использования» (Оренбург, 2003);

«Защитные лесные насаждения и сельскохозяйственное производство. Проблемы опусты нивания» (Барнаул, 2003);

«Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2004);

«Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана» (Тольятти, 2004);

2nd International Seabuckthorn Association Conference (Beijing, China, 2005);

«Био сферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2005);

«Биоресурсы и био разнообразие экосистем Поволжья» (Саратов, 2005);

«Актуальные вопросы лесного хозяйства и озеленения в Казахстане» (Щучинск, Республика Казах стан, 2005);

2nd International Symposium on Soil Erosion and Dryland Farming (Yangling, China, 2006);

International Conference on Water, Ecosystems and Sus tainable Development in Arid and Semi-arid Zones (Urumqi, China, 2006;

Tehran Yazd, Iran, 2009);

«Актуальные проблемы рекреационного лесопользования» (Москва, 2007);

«Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и про гнозирования» (Астрахань, 2007, 2009);

«Организация почвенных систем. Ме тодология и история почвоведения» (Пущино, 2007);

6th European Conference on Ecological Modeling ECEM07 (Trieste, Italy, 2007);

«Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоемов внутреннего стока Евразии» (Астрахань, 2008);

«Ecology@Safety» (Bourgas, Bulgaria, 2008, 2009, 2010);

«Land Degradation in Dry Environments» (El-Kuwait, Kuwait, 2009);

International Conference of ESSC on Protection of the Ecological and Productivity Functions of Soil in a PAN European Context (Pruhonice, Czech Republic, 2009). Один из раз делов работы «Экологические аспекты агролесомелиоративного освоения гли нистой полупустыни Северного Прикаспия» экспонировался в 1988 г. на ВДНХ СССР на выставке «Экология – охране природы» и награжден серебряной ме далью.

Личный вклад автора заключается в постановке проблемы, разработке программы и методики исследований, критическом анализе и обобщении лите ратурного материала, подборе объектов исследования, сборе, обработке и ана лизе экспериментального материала, формулировании научных положений и выводов. Соавторство всех участников работы, все случаи использования дан ных других авторов и совместных исследований оговорены в соответствующих разделах работы.

Сведения об использовании полученных результатов. Материалы ра боты включены в «Рекомендации по защитному лесоразведению и лесной ме лиорации в глинистой полупустыне Северного Прикаспия», М.: Госкомиздат СССР по лесному хозяйству, 1988. 68 с. Получен патент на изобретение «Спо соб лесомелиоративной рекультивации земель» № 2406285.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 102 рабо тах, в том числе – в 35 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для опубли кования результатов докторских диссертаций, и в одной коллективной моно графии издательства «Наука».

Организация исследований. Исследования проведены в Учреждении Российской академии наук Институте лесоведения РАН (ИЛАН) в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских работ 1981-2010 гг. лабо ратории аридного лесоразведения и лесной зоологии, которой автор руководит с 1998 г., а также при непосредственном руководстве грантами Российского Фонда фундаментальных исследований (Проекты № 00-04-48637, 03-04-48076, 06-04-48076, 09-04-00030, совместного проекта РФФИ и ГФЕН Китая № 07-04 92102), Федеральной целевой программы «Интеграция» (Проект М0063), Про грамм ОБН РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ре сурсами» и «Биологические ресурсы России».

Основной материал был собран на Джаныбекском стационаре ИЛАН, ко торый расположен в глинистой полупустыне Прикаспийской низменности в междуречье Волги и Урала. Стационар был создан в 1950 г. и, являясь крупно масштабным экспериментом по полупустынному защитному лесоразведению, представляет собой натурную модель лесоаграрного комплекса. Территория стационара признана уникальным рукотворным оазисом, которому Правитель ством Российской Федерации присвоен статус Памятника природы федераль ного значения (Постановление № 719 от 16 июня 1997 г.). Стационарные ис следования были дополнены маршрутными экспедициями по Северному При каспию.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы, включающего 469 названий, из которых 44 – на иностранных языках. Работа изложена на 355 стр. машинопис ного текста, содержит 61 таблицу и 56 рисунков.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему учи телю – профессору Т.А. Соколовой;

всем сотрудникам Джаныбекского стацио нара и других учреждений, с которыми автору посчастливилось работать на стационаре: Б.Д. Абатурову, Г.С. Базыкиной, А.В. Быкову, С.Э. Вомперскому, Т.С. Всеволодовой-Перель, Л.А. Князевой, А.В. Колесникову, И.В. Копыл, Н.Ю. Кулаковой, М.П. Лебедевой (Вербе), Г.В. Линдеману, Г.П. Максимюк, И.Н. Оловянниковой, В.А. Романенкову, М.К. Сапанову, Н.Г. Сенкевич, И.И.

Толпешта;

бывшим студентам и аспирантам: С.Г. Борзенко, Н.Н. Бычкову, И.В.

Володиной, Н.И. Сотневой, И.В. Топуновой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Общие представления об эволюции и динамике экосистем, почв как их важнейшего компонента и почвообразовательных процессов Понятие об «эволюции» - одно из основополагающих в науке. А.А. Роде, давая определение почвы, отнес ее к «природным образованиям, представляю щим систему динамическую, в которой непрерывно совершается ряд измене ний, касающихся ее состава, свойств и энергетического состояния» (Роде, 1947, с. 51). Такое прогрессивное изменение состава и свойств почвы во времени, вы ражающееся в столь сильном изменении отличительных признаков почв, что появляется необходимость изменения ее классификационного наименования, и есть эволюция почвы, которая является следствием непрерывно идущего поч вообразовательного процесса. Почвообразование - процесс циклический, и это один из его существеннейших признаков, связанный с природным суточным и годичным энергетическим ритмами. После окончания каждого цикла в почве накапливаются некоторые остаточные изменения, представляющие собой итог данного цикла, из совокупности которых и слагается почвообразовательный процесс. Его скорость убывает с течением времени. В нем можно различить два главных периода: первый – относительно быстрый (период формирования поч вы) и второй – период ее медленной эволюции (Роде, 1947, 1984).

Изменения почв, наблюдаемые на разных уровнях временной и про странственной организации почвенного покрова, происходят с разной скоро стью. К разряду быстрых процессов, протекающих в течение суток, месяцев, лет, относятся процессы функционирования системы, или ее обратимые, коле бательные изменения – «почва-момент» (Соколов, Таргульян, 1976;

Таргульян, Соколов, 1978). Эти процессы не меняют облика почвы, однако связанные с ними микроизменения, постепенно накапливаясь, приводят к трансформациям, протекающим относительно медленно, но существенно меняющим комплекс устойчивых признаков почвы, по которым они классифицируются (Роде, 1947).

Под динамикой почв понимают количественные изменения (без сущест венного изменения качества) в пределах инварианта (комплекса устойчивых свойств), часто для них характерна цикличность, или квазипериодичность про текания (Александровский, Александровская, 2005), в то время как эволюция – качественные необратимые изменения инварианта (Сочава, 1978;

Геосистема во времени, 1991). Именно этот комплекс устойчивых свойств является педо литоматрицей почвы и объединяется понятием «почва-память» (Соколов, Тар гульян, 1976;

Таргульян, Соколов, 1978).

Эволюция – это единственный процесс, энергия которого не разрушает, а движет вековыми преобразованиями почв (Докучаев, 1883, 1891). Агрогенная и техногенная трансформации по своей энергии и скорости превосходят эволю ционную, а их результат «исключает эволюционный путь из жизни почв» (Зонн, 1992). В этой связи трансформация почв нами трактуется как направ ленное антропогенное воздействие, часто имеющее заданную цель изменения того или иного параметра, того или иного свойства почв, того или иного почво образовательного процесса.

В работе широко используется концепция элементарных процессов поч вообразования (ЭПП) (Неуструев, 1926;

Захаров, 1931;

Герасимов, Глазовская, 1960;

Герасимов, 1973, 1975, 1986;

Ковда, Розанов, 1988;

Козловский, 2003;

Таргульян, 2005;

Тонконогов и др., 2006). В современном почвоведении ЭПП часто определяют как процесс, составляющий часть общего процесса почвооб разования и обязательно образующий какой-либо твердофазный признак или спектр признаков в почвенной системе, причем, признак устойчивый во време ни и диагностически значимый для выявления пространственных и временных различий почв (Таргульян, 2005). Каждый ЭПП может быть выражен через приращение во времени «основного диагностического показателя» - одномер ной (скалярной) физической величины, выражающей некоторое свойство почв (Козловский, 2003).

Использована схема ЭПП, основанная на разработке Б.Г. Розанова (1988), которая, с учетом особенностей почвообразования в аридном регионе, может выглядеть следующим образом: I. Биогенно-аккумулятивные ЭПП (подстилко образование, гумусообразование, дерновый процесс);

II. Гидрогенно аккумулятивные ЭПП (засоление, загипсовывание, окарбоначивание);

III. Ме таморфические ЭПП (оглеение, слитизация, оструктуривание);

IV. Элювиаль ные ЭПП (выщелачивание (декарбонатизация, рассоление), осолодение);

V. Ил лювиально-аккумулятивные ЭПП (глинисто-иллювиальный процесс);

VI. Педо турбационные ЭПП (растрескивание, биотурбация, агротурбация);

VII. Дест руктивные ЭПП (дефляция).

К динамически уравновешивающимся парам ЭПП можно отнести про цессы восходящей и нисходящей миграций карбонатов и солей в почвах, ЭПП педотурбаций. В то же время, эти процессы могут быть частично или полно стью обратимыми, и поэтому гораздо легче «стираемыми» в процессе эволю ции почв (Таргульян, 2005).

В главе отражены современные представления об антропогенной транс формации почв, прямо или косвенно связанной с деятельностью человека и проявляющейся не только в коррекции, сдерживании или, напротив, интенси фикации естественных процессов почвообразования (Тонконогов и др., 2006), но и в появлении новых.

ГЛАВА 2. Природные условия и хозяйственное освоение территории Территория Северного Прикаспия (междуречья Волги и Урала), развитие которой во многом определяется колебаниями уровня Каспийского моря, отно сится к наиболее динамичным в отношении природных условий регионам Рос сии. Молодость этой территории, цикличность ее развития, связанная с транс грессиями Каспия, бессточность, безводность и равнинность, комплексность почвенного и растительного покрова, засушливость, резко континентальный климат, являются доминирующими признаками природной среды.

Ландшафты и почвы бессточной равнины Северного Прикаспия имеют сложную и длительную историю эволюции в голоцене, которая включала ряд этапов и стадий, определяемых изменениями общей увлажненности, колеба ниями уровня грунтовых вод, развитием микрорельефа. Их современный облик сформировался к концу лугово-степного этапа развития (3800-2000 лет назад).

Окончательное становление большинства свойств и признаков почв солонцово го комплекса происходило на протяжении сухо-степного этапа (2000-0 лет на зад) их эволюции (Демкин, Иванов, 1985).

В Северном Прикаспии территории с комплексным почвенным покровом, в котором более 50% составляют солончаковые солонцы, требующие мелиора ции, а по 25% приходится, в среднем, на солонцеватые светло-каштановые и незасоленные лугово-каштановые почвы, занимают площадь более 2,9 млн. га в пределах России и Казахстана. Около 10% площади приходится на мезопони жения рельефа - падины с лугово-каштановыми (или темноцветными чернозе мовидными, по Роде, Польский, 1961) почвами и лиманы с осолоделыми поч вами и солодями. Доказана высокая репрезентативность Джаныбекского стационара как эталона ландшафтов суббореальных полупустынь Северного Прикаспия и Казахстана (Гильманов, Иващенко, 1990).

Выделены следующие наиболее важные природные факторы, которые лимитируют выращивание в этом регионе сельскохозяйственных и лесных культур: (а) небольшое количество осадков, которых достаточно лишь для про израстания травянистых фитоценозов, (б) частая повторяемость малоснежных зим, а также зим со слабым снегопереносом, что ограничивает в такие годы на копление снега, необходимого для существенного увеличения влагозарядки почв на отдельных окультуриваемых участках, (в) неустойчивость выпадения осадков в летние месяцы, что в совокупности с высокими летними температу рами воздуха, его низкой относительной влажностью приводит к частым атмо сферным и почвенным засухам, (г) значительное содержание токсичных солей в солончаковых солонцах и светло-каштановых почвах (в 5-метровой толще и 100 кг/м2, соответственно), большая часть запаса которых сосредоточена в верхних 2 м, что сокращает мощность корнеобитаемого слоя растений, (д) засо ленность грунтовых вод под солонцами и светло-каштановыми почвами (до 5 10 г/л), их близкое залегание на глубине 5-7 м, а также ограниченность запаса воды в пресных линзах под лугово-каштановыми почвами падин и западин при наличии в них сомкнутых древесных насаждений (Сапанов, Сиземская, Оло вянникова, 2005).

История показывает, что выбор методов хозяйствования на этих землях крайне ограничен. Во времена Букеевского ханства, в ХIХ веке, почти на всей территории Северного Прикаспия было развито кочевое отгонное скотоводст во. В тот же период почвы падин начали постепенно использовать в земледелии под зерновые и бахчевые культуры. В середине ХХ века была проведена широ комасштабная распашка целинных земель (с неизбежным вовлечением солон цов и светло-каштановых почв) для посева зерновых культур (в настоящее вре мя многие такие площади уже не обрабатываются). С 70-х годов прошлого века началось использование обводнительно-оросительных систем (сейчас площади орошаемых земель также сокращаются). Уменьшение в последние десятилетия в сельскохозяйственном производстве зернового направления и орошаемого земледелия и увеличение доли животноводства связано с изменениями рыноч ных взаимоотношений, которые сокращают малорентабельные и рискованные виды производства в засушливых регионах.

С конца 50-х годов ХХ века в структуре природных ландшафтов Север ного Прикаспия, главными компонентами которой являются полупустынный солонцовый комплекс и сухостепные падины, появился новый элемент - антро погенный агролесной ландшафт. Одним из его разнообразных вариантов стала АЛМ система освоения почв солонцового комплекса. АЛМ воздействие соче тает в себе проведение плантажной вспашки, разрушающей солонцовый гори зонт и вовлекающей в пахотный слой содержащийся в первом подсолонцовом горизонте гипс (что приводит к рассолонцеванию солонцов), с посадкой дре весных кулис из вяза приземистого (Ulmus pumila L.), что обеспечивает рассо ление солонцов за счет снегонакопления и дополнительного увлажнения почв (Биогеоценотические основы…, 1974).

Более чем 50-летний опыт Джаныбекского стационара, основанный на изучении особенностей природных условий и функционирования лесных куль тур на засушливых территориях с комплексным почвенным покровом, показал возможность создания долговременных полезащитных лесных систем, пригод ных для выращивания сельскохозяйственных культур, лесопастбищных систем - для выпаса животных, массивных лесных насаждений – для рекреационных целей (Биогеоценотические основы…, 1974;

Большаков и др., 1983, Вомпер ский, Оловянникова, 1984;

Рекомендации…, 1988;

Повышение продуктивно сти…, 1989;

Базыкина, Оловянникова, 1996;

Сенкевич, Оловянникова, 1996;

Сапанов, 2003;

Сиземская, Сапанов, 2004, 2005, 2006;

Вомперский и др., 2006).

Эти исследования имели огромное теоретическое и практическое значение как пример направленного благоприятного изменения экологических условий под влиянием контролируемого умеренного вмешательства в него человека.

ГЛАВА 3. Объекты, методология и методы исследования Объектами исследований были почвы как естественных экосистем гли нистой полупустыни Северного Прикаспия, так и почвы под искусственными лесными насаждениями и агроценозами, созданными на Джаныбекском ста ционаре Института лесоведения РАН. Ценность и информативность этих объ ектов определяется длительностью (более 60 лет исследований), наличием ис ходных данных состояния и свойств почв, непрерывностью мониторинга, что позволяет всесторонне охарактеризовать современные процессы эволюции почв на разных ее этапах и, в целом, за 50-60 лет освоения, а также оценить их результаты и экологические последствия. Некоторые динамические аспекты солевого состояния изучены в почвах орошаемых и приканальных территорий, а также на залежах.

Одним из объектов исследования были АЛМ системы с разными сроками применения агролесомелиорации (с 1951, 1959 и 1970 годов). Выбранные ме лиорированные участки представляют собой сельскохозяйственные поля с рас положенными на них однорядными лесными кулисами с шириной полей 60, 200 и 400 м и шириной межкулисных пространств - 18, 40 и 56 м, соответствен но. В настоящее время деревья имеют высоту 10-12,5 м и диаметр ствола 19- см и находятся в удовлетворительном состоянии. Данные АЛМ системы отно сятся к полезащитным. Исследовали почвы как межкулисных пространств, так и находящиеся непосредственно под кулисами.

Изучены различные варианты лесных экосистем, в частности, колков, сформировавшихся по западинам в результате распада плотных многорядных насаждений. В возрасте 55 лет высота древостоя, основным представителем ко торого является дуб черешчатый (Quercus robur L.), в среднем, составляет метров. Средний диаметр ствола - около 16 см. Также изучены массивные на саждения 1951-1953 годов посадки из дуба черешчатого (средняя высота де ревьев – 15-16 м, диаметр – 19-20 см) и вяза приземистого (средняя высота де ревьев – 18-22 м, диаметр – 22-26 см), которые расположены в падинах. Такие лесонасаждения могут применяться в пастбищезащитных и рекреационных системах.

В качестве модели состояния почв при более близком залегании грунто вых вод, находящихся на отметке 3 м от поверхности и выше, была исследована почвенно-гидрологическая обстановка на приканальной территории Палласов ской обводнительно-оросительной системы, введенной в действие в начале 1980-х годов. Там же, на сельскохозяйственных полях были изучены последст вия проведения 10-летнего орошения машинами «Волжанка» (норма полива 600-700 м3/га), а затем – оценены тенденции изменения почв через 3 года после прекращения 20-летнего орошения.

В почвах под 35-летней залежью были исследованы процессы восстанов ления свойств почв после прекращения хозяйственной деятельности.

Изучали солончаковые солонцы микроповышений и лугово-каштановые почвы падин и западин. Переходное положение и меньший ареал светло каштановых почв, занимающих склоны микрорельефа, часто не позволяют с необходимой точностью и достоверностью идентифицировать эти почвы и оха рактеризовать те или иные процессы, которые отчетливо развиваются и диагно стируются в крайних членах полупустынного солонцового комплекса, поэтому в рамках данной работы светло-каштановые почвы практически не рассматри ваются. Контролем для всех вариантов сельскохозяйственного использования почв были их целинные аналоги.

Главной методологической основой исследований стал сформулирован ный В.Н. Сукачевым (1947, 1951) комплексный стационарный подход, позво ляющий осуществлять длительные режимные наблюдения на одних и тех же объектах с необходимой периодичностью. Важным принципом методологии исследования стало изучение всей зоны аэрации мощностью 5-7 м от поверхно сти почв до грунтовых вод для получения полной информации не только о со левом состоянии собственно почвенного профиля, но и всей почвенно грунтовой толщи. Эта зона представляет собой единую систему в отношении перераспределения и накопления солей, поскольку солевое состояние почв оп ределяется не только минерализацией и составом грунтовых вод, но и уровнем их залегания, а также мощностью капиллярной каймы.

Методология исследования включала: 1). Сравнительный анализ совре менных данных по характеристике основных компонентов целинного почвен ного покрова (солончаковых солонцов и лугово-каштановых почв) с соответст вующими результатами, полученными в 50-60-е годы прошлого века;

2). Срав нительный анализ современных данных по характеристике основных компо нентов целинного почвенного покрова с результатами исследования этих почв, находящихся в системе агролесомелиоративного воздействия на разных стади ях мелиорации;

3). Приемы физического моделирования взаимодействия со лончаковых солонцов и лугово-каштановых почв с минерализованными грун товыми водами;

4). Статистическую обработку результатов для выявления дос товерности различий между современными данными и данными, полученными в 50-60-х годах прошлого века.

Изучение почв проводили комплексом морфологических, химических и инструментальных методов.

При сборе полевых материалов выполняли детальное описание как са мих почвенных горизонтов (по «Базовым шкалам…», 1982) с использованием цветовой шкалы (Munsell…, 1954), так и солевых аккумуляций на макро- и ме зоуровнях, а также отбор ненарушенного строения и препарированных образ цов солей для их последующего исследования на микроуровнях. Образцы почв и грунтов из верхней толщи мощностью 1,5-2 м отбирали колонкой каждые см со стенок разреза, ниже и до грунтовых вод – из буровых скважин. Одно временно замеряли глубину залегания и отбирали образцы грунтовых вод для их дальнейшего анализа. Проводили определение объемной массы (ОМ) в 4 кратной повторности и влажности почвогрунтов термовесовым методом. Запа сы солей, карбонатов, гипса, органического вещества по полуметровым слоям рассчитывали с учетом ОМ и мощности слоев. При обследовании большинства участков закладывали не менее 3 разрезов и скважин на каждой почвенной раз ности, что дало возможность провести статистическую обработку результатов (Дмитриев, 1995).

Для учета продукции живой надземной фитомассы растительного покро ва на почвах солонцового комплекса в основных ассоциациях был использован метод «максимального укоса». Ежегодно с 2004 по 2010 гг. в мае-июне прово дили укосы в 4-кратной повторности на учетных площадках размером 1х1 м.

Растения срезали на уровне поверхности почвы. Учитывали сухую массу с ее разделением по видам.

Использованные в работе метеорологические данные, в основном, полу чены на Джаныбекской метеостанции Казгидромета, находящейся в 5 км от Джаныбекского стационара.

В лабораторных условиях образцы почв и грунтов подвергали химиче скому анализу, используя общепринятые методы (Аринушкина, 1970;

Воробье ва, 1998). Концентрацию ионов SO42- определяли по Комаровскому (Гедройц, 1955), концентрацию ионов Na+ в водной вытяжке и в грунтовых водах в части образцов определяли на пламенном фотометре. В остальных образцах концен трацию Na+ находили расчетным путем по разности между суммой анионов (HCO3-, Cl-, SO42-) и суммой катионов (Сa2+;

Mg2+), поскольку именно так опре деляли содержание ионов Na+ в 1950-60-е годы (Максимюк, 1961), что позволя ет проводить корректное сопоставление данных. Содержание гумуса определя ли по Тюрину, фракционирование почвы (сухое просеивание) - по методу Сав винова (Физико-химические методы…, 1980).

Измерение активностей ионов проводили в пастах и водных вытяжках на иономере И-500. Определение электропроводности (ЭП) водных вытяжек осу ществляли с помощью кондуктометра TDS-4.

Изучение морфологического строения солевых новообразований прово дили под бинокуляром и на сканирующем электронном микроскопе JSM-2. Для морфогенетической интерпретации полученного материала были использованы некоторые положения кристаллографии (Попов, Шафрановский, 1972), генети ческой минералогии (Григорьев, 1962), микрокристалломорфологии (Фекличев, 1970). Применительно к почвенным солевым новообразования использовали разработанные основные положения диагностики их состояния в почвенном профиле, характеризующие растворение или кристаллизацию (Соколова и др., 1985;

Соколова, Царевский, 1986).

Для определения минералогического состава солевых скоплений выпол няли рентгеновский фазовый анализ на дифрактометре ДРОН-3. Использовали Cu-K излучение, фильтрованное Ni.

Общее содержание карбонатов и содержание карбонатов, диссоциирую щих в разных интервалах температур, определяли термическим методом на де риватографе венгерской фирмы МОМ (Термический анализ …, 1974;

Соколова, Кулагина, 1985).

Были проведены эксперименты с моделированием естественного засоле ния почвенных горизонтов (в насыпных колонках) в условиях их насыщения грунтовыми водами (Володина и др., 2002;

Топунова, Сиземская и др., 2003).

Непрерывная подача модельной грунтовой воды хлоридно-сульфатно натриевого состава с минерализацией 6 г/л отдельно для горизонтов солончако вых солонцов (с глубины 60–80 см – горизонт В3Са Cs2Sa, с глубины 100–120 см – горизонт В3Са Sa, и с глубины 180–200 см – из буровой скважины) осуществля лась в течение месяца. В лугово-каштановых почвах процессы засоления изуча ли во всем почвенном профиле в колонках высотой 150 см, которые насыщали снизу грунтовой водой в течение 10 месяцев. Тем самым, моделировали про цесс засоления почв минерализованными грунтовыми водами в условиях, мак симально приближенных к природным, при стоянии уровня грунтовых вод на глубине около 1,5 м.

ГЛАВА 4. Состояние природных ландшафтов и динамика почвенно гидрологической обстановки глинистой полупустыни Северного Прикаспия за последние 50 лет Выявлено существенное изменение почвенно-гидрологической обстанов ки в Северном Прикаспии в 80-е годы ХХ века, связанное со значительным подъемом уровня грунтовых вод (УГВ), который составил, в среднем, 2 метра.

Нами прослежена динамика гидроклиматических показателей за период с 1951 по 2009 гг. Выделены три временных отрезка, в которые происходили за метные изменения природных условий региона. В целом, установлена общая тенденция увеличения среднегодового количества осадков, в основном, за счет теплого полугодия (табл. 1).

Отмечается также общее повышение годовой температуры воздуха, кото рое происходит за счет потепления в осенне-зимний периода года, что приво дит к частым оттепелям, отсутствию устойчивого снежного покрова и, соответ ственно, ухудшению условий весеннего стока талых вод в локальные пониже ния мезо- и микрорельефа.

Достоверное увеличение количества осадков в летний период (при неиз менной средней температуре воздуха) усиливает увлажненность вегетационно го сезона за счет повышения относительной влажности воздуха и понижения испаряемости. Такая динамика климата в сторону семиаридности вызывает улучшение условий развития и сохранности растений.

Выявлено увеличение атмосферного увлажнения примерно на 20 %, по сравнению с серединой ХХ века, что могло способствовать подъему УГВ (Со колова, Сиземская и др., 2000).

По-видимому, эти явления имеют обратимый характер и представляют собой один из многочисленных циклов развития природы территории Северно го Прикаспия (Роде, 1959;

Динесман, 1960;

Колебания увлажненности…, 1980;

Гумилев, 1998;

Демкин и др., 1998, 2004;

Иванов, 2006;

Кудеяров и др., 2008;

Опустынивание…, 2009). Определенное влияние на подъем УГВ могло также оказать проведение в 80-е годы ХХ века широкомасштабных обводнительно оросительных мероприятий (Прикаспийский регион…, 1989).

Таблица 1. Некоторые средние показатели гидротермических условий и продуктивности целинных экосистем во второй половине ХХ века (по: Сиземская, Сапанов, 2010) Температура, °С Годы Осадки, мм Коэффи- Продуктивность циент ув- сообщества, г/м лажнения X-III IV-IX Гидроло- X-III IV-IX Гидроло- (КУ)* Прутняково- Разно гический гический чернопо- травно год год лынное злаковое 1951-1975 -4.3 18.0 6.9 137 132 269 0.28 94** 247** 1976-1995 -3.5 17.8 7.2 132 193 325 0.37 103** 311** 1996-2008 -2.1 18.6 8.2 135 150 285 0.29 118*** 311*** 1951-2008 -3.5 18.1 7.3 135 157 292 0.32 105 * – коэффициент увлажнения (КУ) рассчитан по формуле: КУ=P/E, где P – го довая сумма осадков, E – испаряемость;

** - по данным И.Н. Оловянниковой (2004), *** - с использованием данных Б.Д. Абатурова (Абатуров и др., 2005).

С 2004 г. – наши данные Охарактеризована динамика состояния целинных ландшафтов полупус тыни Северного Прикаспия. Показано, что на фоне изменения природной об становки существенно меняются структура и продуктивность целинной расти тельности. Подтверждено увеличение в целом продуктивности травостоя и по явление в его составе все более мезофильных группировок. Так, на солончако вых солонцах вместо прутняково-чернополынных (Оловянникова, 2004) начи нают доминировать более мезофильные чернополынно-прутняковые расти тельные сообщества. Черная полынь полностью утрачивает присущие ей ранее господствующие позиции в структуре сообщества, составляя лишь 25% от об щей продуктивности, а продуктивность прутняка возрастает в 3 раза (Сапанов, Сиземская, 2010). Происходит также увеличение продуктивности надземной массы травянистых растений на лугово-каштановых почвах целины с 24 ц/га в начале 60-х годов ХХ века (Оловянникова, 2004) до 33 ц/га в конце 90-х годов.

В структуре продуктивности на фоне некоторого падения доли злаков также прослеживается тенденция увеличения относительной доли разнотравья и лю церны румынской (Сиземская, Сапанов, 2010).

Подъем УГВ под целинными почвами сопровождался увеличением их минерализации (табл. 2). В настоящее время по сравнению с серединой ХХ века в грунтовых водах (ГВ) под солончаковыми солонцами достоверно и сущест венно возросла концентрация ионов Сl– и Mg2+, наметилась тенденция к увели чению концентрации Na+. Общая минерализация ГВ увеличилась, в среднем, в 1,3 раза, но различия при Р=0,8 статистически незначимы.

Под лугово-каштановыми почвами зафиксировано достоверное увеличе ние минерализации грунтовых вод, в среднем, в 5 раз, а ее значения в некото рых западинах сопоставимы с таковыми под солонцами (табл. 2). В них обна ружено статистически значимое накопление ионов HCO3-, Сl- и Na+.

Происходит изменение химизма засоления с гидрокарбонатно кальциевого в середине ХХ столетия на хлоридно-сульфатно-натриевый - к концу века, что свидетельствует о некотором усреднении химического состава ГВ под разными членами солонцового комплекса.

Таблица 2. Состав и минерализация грунтовых вод под целинными почвами солонцового комплекса (по: Сиземская, Бычков, 2005) Минер., НСО3- Сl- SO42- Ca2+ Mg2+ Na+ УГВ, м Годы г/л ммоль-экв/л Солончаковые солонцы 5,2±0,5 3,2±0,4 25,5±7,1 53,6±6,7 31,2±5,1 11,9±3,9 39,2±11,1 7,0±0, 1950-е* 6,8±1,4 4,0±0,4 52,6±13,3 29,5±2,7 56,2±23, 53,3±10,1 24,4±4,4 5,4±0, 2000-е Лугово-каштановые почвы 0,6±0,4 4,5±0,4 0,8±0,4 6,7±6,3 5,4±4,4 3,5±0,9 3,1±1,6 6,9±0, 1950-е* 28,8±21,1 13,9±6,6 5,9±4, 3,2±2,0 5,4±0,3 13,7±9,9 28,1±20,4 5,1±0, 2000-е * - по данным Роде, Польского, 1961. Выделено значимое (при Р=0,8) измене ние по сравнению с данными 50-х годов Капиллярная кайма поднявшихся засоляющихся ГВ начинает оказывать все большее воздействие на нижнюю и среднюю часть почвенного профиля, приводя к ее засолению. В целинных солончаковых солонцах происходит значи тельное увеличение запасов иона Сl- в толще 50-500 см, снижение запасов SO42– - иона в слое 100-250 см, Na+ – в слое 100-200 см, Са2+ – в слое 150-200 см. Вы явлена тенденция к накоплению иона Mg2+ в слое 0-100 см и достоверное сни жение суммы легкорастворимых солей (ЛРС), выраженное в единицах массы, в слое 50-250 см. Эти изменения в составе солей можно объяснить подъемом уровня минерализованных грунтовых вод, восходящим передвижением NaCl с током почвенных растворов и одновременно проходящими реакциями вытес нения обменных ионов Са2+ и Mg2+ из почвенного поглощающего комплекса (ППК) ионом Na+ с последующим осаждением гипса, а также, возможно, обра зованием легкорастворимых хлоридов магния.

Снижение запасов ЛРС в слое 50-250 см, выраженное в кг/м2 не связано с процессами рассоления, а происходит благодаря изменению состава солей, по скольку замещение 1 ммоль экв SO42– (48) одним ммоль экв иона Сl– (35,5) должно приводить к снижению общей массы солей.

Высказано предположение, что периодические подъемы уровня грунто вых вод способствуют сохранению в почвенно-грунтовой толще солончаковых солонцов горизонта скопления ЛРС.

Результаты лабораторного модельного эксперимента подтвердили, что в засоленных горизонтах солончаковых солонцов подъем уровня грунтовых вод сопровождается увеличением содержания хлоридов Ca2+ и Mg2+ в составе ЛРС, вытеснением щелочноземельных катионов натрием из ППК и осаждением гип са в некоторых горизонтах (Топунова, Сиземская и др., 2003).

В целинных лугово-каштановых почвах выявлено засоление почвенного профиля за 50-летний период (рис. 1). При этом происходит усложнение строе ния солевого профиля почв по сравнению с таковым в середине ХХ века. Все большую роль в составе ЛРС начинают играть хлориды и сульфаты натрия, а содержание ЛРС в слое 0-200 см достоверно увеличивается, в среднем, в три раза, в слое 0-400 см – в два раз. Содержание в слое 0-200 см наиболее подвиж ных ионов Cl- и Na+ возрастает в десятки, менее подвижного SO42- - в пять раз.

В то же время, в верхнем 0-50 см слое заметно уменьшается содержание иона Са2+, что связано, очевидно, как и в солонцах, с реакциями катионного обмена.

В результате возникает вероятность осолонцевания этих почв, вызванная появ лением в почвенном профиле в значительных количествах обменного Na+ (Ко лесников, Соколова, Сиземская, 2006). Также в верхней части почвенно грунтовой толщи наметилась тенденция к некоторому снижению содержания Mg2+. Весь почвенный профиль мощностью 150-200 см является активной зо ной накопления ЛРС. Ухудшение солевого состояния лугово-каштановых почв связано с отсутствием затопления западин в последние годы, расходом пресных линз при транспирации целинной степной растительностью и усилением при тока ЛРС с почвенными растворами из-под светло-каштановых почв и солон цов.

0– 50– 100– 150– 200– 250– Слой, см Кл 300– 350– Сн 400– 450– 0– 0– 0– -100 0 100 200 Баланс, % от исходного Рис. 2. Баланс ЛРС за послед Рис. 1. Солевой профиль целинных лугово ние 50 лет в целинных солонцах каштановых почв Северного Прикаспия: А, и лугово-каштановых почвах 1 - в 50-е годы ХХ века (по: Роде, Поль (по сравнению с данными Роде, ский, 1961);

Б, 2 - в 2000-е годы;

В - рас Польского, 1961) пределение ЛРС по профилю (по: Сизем ская, Бычков, 2005) Эти явления, наблюдаемые в природе, нашли свое подтверждение и в ла бораторных условиях. В результате проведенного модельного эксперимента по изучению влияния минерализованных грунтовых вод на незасоленные образцы лугово-каштановой почвы было выявлено засоление и осолонцевание исходных образцов, что проявилось в повышении содержания суммы солей, ионной силы раствора и в увеличении содержания обменного натрия в почвенном погло щающем комплексе. Была установлена отчетливая дифференциация состава ЛРС: в верхней части колонки возросла доля хлоридов, а среди катионов - Са2+ и Mg2+, почва приобрела хлоридно-кальциевый тип засоления, в то время как в нижнем слое колонок сохранился свойственный грунтовым водам сульфатно натриевый тип засоления (Володина, …, Сиземская, 2002).

Рассматривая в целом изменения запасов солей в целинных солончаковых солонцах и лугово-каштановых почвах за последние 50 лет, можно выявить следующие общие тенденции (рис. 2). При кажущихся существенных количест венных изменениях абсолютных величин содержания ЛРС в солончаковых со лонцах, в процентном отношении эти значения не столь значительны и не пре вышают 30% в ту или иную сторону. В то же время, в лугово-каштановых, ра нее незасоленных почвах, за такой же период запас ЛРС возрос в несколько раз, составив в некоторых случаях в слое 0-250 см около 200%.

С экологической точки зрения прогрессирующее засоление почвенно грунтовых вод под всеми членами почвенного солонцового комплекса, накоп ление хлора в составе ЛРС, сокращение зоны аэрации, в среднем, на 2 м, ухуд шают почвенно-гидрологическую обстановку. Наряду с усилением гидромор физма территории, отмечается и все большая недоступность грунтовых вод для растений из-за увеличения их минерализации.

В целом, изменения природно-климатической обстановки в последние десятилетия ХХ века позволяют характеризовать их как проявление этапа неко торой мезофитизации в современной эволюции ландшафтов полупустыни.

ГЛАВА 5. Трансформация почв под влиянием лесомелиорации АЛМ воздействие как один из вариантов лесомелиорации приводит к ко ренным изменениям широкого спектра свойств почв солонцового комплекса, особенно солончаковых солонцов. Изменяется солевое состояние почв, кото рое мы рассматриваем как их интегральную характеристику, включающую со вокупность ряда морфологических признаков, связанных с наличием в профиле ЛРС, гипса и карбонатов, а также данные о запасах, химическом и минералоги ческом составе солей, и содержащую представления о происхождении солей, их трансформации и миграции в почвенном профиле. Оно отражает и результи рует проявление тех динамических процессов засоления-рассоления, которые происходили как в прежние эпохи эволюции почв, так и наблюдаемые на ее со временном этапе. Таким образом, консервативность солевого состояния, с од ной стороны, и актуальность показателей, с другой, позволяют оценить дина мику, тренд, скорость процессов естественной эволюции и трансформации почв при антропогенном воздействии. Кардинально меняется также строение профи ля, его морфология и микростроение, состав ППК и другие характеристики.

Выращивание массивных лесных насаждений на лугово-каштановых поч вах понижений мезорельефа дополнительно «включает» элементы биологиче ского круговорота за счет накопления лесной подстилки. Рассмотрена транс формация именно тех почвенных свойств и процессов, которые наиболее силь но изменились под влиянием лесомелиоративного воздействия.

5.1. Трансформация почв солонцового комплекса в системе АЛМ воздействия Изменение строения морфологического профиля почв В процессе мелиорации начинает формироваться специфический профиль преобразованных солонцов, состоящий из однородного пахотного горизонта и элювиально-солевых горизонтов (ЭСГ, по Максимюк, 1974). Солонцовый гори зонт с его неблагоприятными свойствами полностью исчезает из почвенного профиля (рис. 3).

Рис. 3. Особенности морфологического строения целинных (А) и длительно мелиорируемых (B) почв солонцового комплекса: I - солонец, II - лугово каштановая почва: 1 - границы генетических горизонтов;

2 - граница вскипания;

3 - горизонт с карбонатной белоглазкой;

4 - горизонты с выцветами легкорас творимых солей;

5 - горизонты с мелкокристаллическими гипсовыми стяжения ми;

6 - верхняя граница появления гипсовых стяжений (друз) Пахотный горизонт, несмотря на исходно неоднородный материал, его слагающий, со временем становится все более однородным на всех членах ком плекса. Для него характерна средняя мощность около 40 см, глыбисто комковато-порошистая структура, значительная, по сравнению с целинными участками, корне-, воздухо- и влагопроницаемость.

Проведенные микроморфологические исследования позволили выявить тенденции к некоторому увеличению окультуренности пахотного горизонта со лонцов за 40-летний период их мелиорации (Лебедева, Сиземская, 2010). Это диагностируется по значительному повышению содержания экскрементов поч венной мезофауны, усилению биогенной переработки почв, увеличению порис тости, в том числе, содержанию биогенных пор, некоторому возрастанию коли чества органического вещества, в том числе, и сгустковых микроформ гумуса.

В то же время, в средней части профиля мелиорируемых солонцов выявлены признаки слитизации и ухудшения структуры, вызванные переупаковкой поч венных частиц при выносе ЛРС и гипса. Это приводит к уменьшению пористо сти, развитию щелевидных трещин усыхания, ведущих к неравномерному ув лажнению почв.

К позитивным изменениям, происходящим при мелиорации лугово каштановых почв, как и в солонцах, можно отнести формирование среднемощ ного пахотного горизонта, корне-, воздухо- и влагопроницаемого. Повышается граница вскипания, в почвенном профиле начинают присутствовать крупные корни древесных растений. Наблюдается появление большего количества и бо лее темных глинистых кутан по боковым граням структурных отдельностей, и на все больших глубинах. Однако и здесь уменьшение пористости средней час ти профиля и развитие щелевидных трещин усыхания, наряду с укрупнением и упрочнением горизонта, также можно отнести к неблагоприятным последстви ям мелиорации, приводящим к неравномерному увлажнению почв.

Выявлено, что даже на пятом десятилетии мелиорации различия в морфо логическом строении мелиорируемых почв остаются существенными. Это ка сается как набора слагающих эти почвы горизонтов, так и их мощности, струк туры, окраски, характера порового пространства, распределения и типов соле вых новообразований и других морфологических показателей (рис. 3).

Изменение морфологии и микростроения аккумуляций легкорастворимых солей, гипса и карбонатов Особенности морфологии аккумуляций ЛРС, гипса и карбонатов являют ся существенными показателями их солевого состояния.

В целинных и мелиорированных солончаковых солонцах Северного При каспия скопления ЛРС представлены двумя морфологическими формами: со левым мхом на стенках разрезов и солевыми налетами в форме чешуек в поч венной массе. Солевой мох состоит из друзовых агрегатов вытянутых, хорошо ограненных кристаллов, в солевых налетах обнаружены две микроморфологи ческие формы солей: плотно упакованные агрегаты параллельных уплощенных кристаллов (рис. 4.1) и рыхло упакованные агрегаты ромбоэдрических кристал лов (рис. 4.2). В мелиорированных солончаковых солонцах по сравнению с це линными верхняя граница появления морфологически выраженных ЛРС пони жается с 20 до 50 см, вплоть до их исчезновения из почвенного профиля.

Под влиянием мелиорации в соответствии с изменением химического со става меняется и минералогический состав ЛРС: в целинном профиле они пред ставлены преимущественно астраханитом (Na2Mg(SO4)2·4H2O) с примесью те нардита (Na2SO4), а в мелиорированном - тенардитом и мирабилитом (Na2SO4·10H2O) с примесью астраханита. Таким образом, новообразования ЛРС могут быть использованы для диагностики процессов мелиорации засоленных почв.

Нами изучены и впервые подробно охарактеризованы формы гипсовых новообразований, их распределение, особенности макро- и микростроения и состава в целинных условиях и на разных этапах мелиорации, разработаны ди агностические признаки оценки их состояния в почвенном профиле.

Рис. 4. Микрофотографии солевых новообразований в солонцах: (1-2) – скоп ления ЛРС: 1 – солевой налет, целина, 100-120 см, х10000;

2 – солевой налет, лет мелиорации, 120-140 см, х10000;

(3-6) – гипсовые новообразования: 3 – вкрапленники, целина, 140-210 см, х1000;

4 – точки, целина, 40-50 см, х1000;

– вкрапленники, 40 лет мелиорации, 140-210 см, х1000;

6 – прожилки, 40 лет мелиорации, 65-100 см, х Гипс в исследованных солончаковых солонцах представлен двумя гене рациями: сферолитами, гнездами и трубочками крупнокристаллического гипса в нижних горизонтах и в почвенно-грунтовой толще и разнообразными скопле ниями тонкокристаллического гипса (точками, ниточками, прожилками, вкрап ленниками, кутанами), отличающимися особенностями макро- и микрострое ния, характером упаковки кристаллов и их размерами, приуроченностью к раз личным почвенным горизонтам, обилием. Гипсовые сферолиты и трубочки, очевидно, унаследованы от материнской породы, другие виды новообразований являются их производными и сформировались в ходе почвообразования при восходящем движении через гипсовые прослойки почвенных растворов, насы щенных по гипсу.

Содержание гипса в различных формах гипсовых стяжений, по данным термического анализа, составляет: 69-88% - в агрегированных гнездах, 69-76% в гипсовых сферолитах, 41-59% - в гипсовых кутанах.

Самыми молодыми и «динамичными» образованиями являются точечные и нитевидные формы, в зависимости от условий увлажнения испытывающие растворение или кристаллизацию (рис. 4.3, 4.4). Мелиорация приводит к суще ственным изменениям в строении и характере распределения по профилю гип совых новообразований: многие виды и на все больших глубинах начинают ис пытывать растворение (рис. 4.5), которое часто сопровождается их перекри сталлизацией in situ и появлением мелких идиоморфных гипсовых рыхлоупако ванных кристаллов II генерации (рис. 4.6).

На поздних стадиях мелиорации точечные и нитевидные новообразова ния полностью исчезают из почвенного профиля, уменьшается количество и разнообразие морфологических форм гипсовых скоплений и существенно по нижается глубина их залегания. Зона выноса охватывает метровую толщу. Поч вы становятся глубокогипсовыми. В связи с потерей гипса возможно ухудше ние водно-физических свойств мелиорируемых солонцов и появление слитооб разования.

В желто-бурых хвалынских суглинках, являющихся почвообразующей породой, карбонаты содержатся в количестве около 11% и представлены толь ко рассеянными формами (Роде, Польский, 1961). В целинных почвах в верхней части профиля происходит перераспределение карбонатного материала и фор мирование иллювиально-карбонатного горизонта на глубинах 30-60 см в со лонцах, 60-110 см в лугово-каштановых почвах. Такое профильное распределе ние карбонатов обязано водному режиму почв. В пределах этих горизонтов 5 20% карбонатного материала сегрегировано в скоплениях типа пропитки и бе логлазки. Выявлено, что преобладающим минералом в них является кальцит, а содержание МgCO3 незначительно (менее 5%). Содержание СаСО3 в различных типах новообразований увеличивается от пропитки и белоглазки с диффузными границами (11-48%) к белоглазке с отчетливыми границами (47-77%). С глуби ной в составе белоглазки возрастают размеры кристаллов кальцита, уменьшает ся доля вытянутых кристаллов и увеличивается доля более изометричных кри сталлов. Предполагается, что в формировании белоглазки, представленной са мыми тонкодисперсными, преимущественно вытянутыми кристаллами кальци та, принимают участие восходящие токи почвенных растворов.

Под влиянием агролесомелиорации происходит обогащение верхних поч венных горизонтов карбонатами, вовлекаемыми плантажной вспашкой из ил лювиально-карбонатных почвенных горизонтов, и механическое разрушение белоглазки в пределах пахотного слоя. В лугово-каштановых почвах выявлен поверхностный привнос карбонатного материала с соседних участков, занятых солонцами и светло-каштановыми почвами, в процессе ежегодной обработки поверхности при пахоте и его достоверное накопление в слое 0-50 см. Все ме лиорируемые почвы начинают вскипать с поверхности. Наблюдается также тенденция к укрупнению кристаллов кальцита и к формированию кристаллов более правильной формы в мелиорируемых почвах по сравнению с целинными.

Выявлено, что дополнительное увлажнение и развитие лесных биогеоценозов на месте полупустынных может приводить к ускорению процессов образова ния, перекристаллизации и сегрегации карбонатов. При этом одним из важных источников поступления кальция может быть растворение гипса, наблюдаю щееся в мелиорируемых солонцах.

Изменение некоторых химических свойств и текстурной дифференциации почв В мелиорируемых солонцах основные изменения химических свойств почв касаются распределения и запасов гумуса, состава ППК и некоторых дру гих (табл. 3). Мелиорируемые солонцы сохраняют слабощелочную реакцию среды (рН 8,1-8,8), доля же поглощенного Na+ в составе ППК уменьшается с до 5-7% в верхней части профиля, что свидетельствует об их рассолонцевании (Романенков, 1989;

Сиземская, Романенков, 1992). Это сопровождается измене нием непромывного типа водного режима этих почв на периодически промыв ной с миграционно-потускулярным промачиванием, улучшением их водопро ницаемости и увеличением глубины их весеннего промачивания (Базыкина, 1974, 1978, 2000).

Содержание гумуса при сельскохозяйственном использовании солонцов и его запасы в слое 0-40 см остаются почти постоянными и составляют 61-69 т/га, очевидно, из-за перемешивания пахотного горизонта при вспашке и привноса в него материала из верхней части профиля лугово-каштановых почв.

В верхних горизонтах лугово-каштановых почв в процессе агролесоме лиорации содержание гумуса достоверно уменьшается вследствие усиления минерализации и снижения поступления органического вещества с наземным и корневым отпадом. Величина его потери из слоя 0-40 см существенно увеличи вается с 15 т/га на начальных этапах мелиорации до 26 т/га к концу 40-летнего периода мелиорации (Сиземская, 1989). Значения рН в верхних горизонтах ме лиорированных почв выше, чем в целинных, возможно, как за счет припахива ния материала из солонцов при обработках, так и за счет развития процессов окарбоначивания (табл. 3). Водный режим этих почв становится десуктивно выпотным с периодическим сквозным промачиванием (Базыкина, 1974, 2000).

Свойственная целинным лугово-каштановым почвам текстурная диффе ренциация профиля по солонцовому типу, предположительно связанная с про хождением в процессе эволюции этими почвами стадии солончаков и солонцов с последующей промывкой пресными водами, на мелиорированных участках исчезает за счет механического перемешивания верхних горизонтов при план тажной вспашке.

Под воздействием длительной мелиорации в нижних горизонтах лугово каштановых почв иногда появляются признаки вторичного осолонцевания (увеличение доли поглощенного Na+ в составе ППК). Однако в целом в преде лах полутораметровой толщи исследованных лугово-каштановых почв призна ков развития современного солонцового процесса не наблюдается.

Таблица 3. Некоторые показатели химических свойств и содержание илистой фракции в целинных и мелиорируемых почвах Na+ по Горизонт Глубина, Гу- pH ЕКО, Сод.

солей, наты, % Карбо см мус, ммоль глощ., фракции % % экв./100 % от 0, г ЕКО мм, % Солончаковые солонцы, целина А1А2 0-9 1,78 8,39 1,5 0,08 17,8 2,8 В2t ca2 9-29 1,30 9,01 5,4 0,29 19,8 11,1 В3 ca2 cs2 29-72 0,33 8,76 9,1 1,57 17,1 33,3 В3 ca cs2 sa2 72-112 0,24 8,81 16,1 1,90 16,4 36,6 В3' ca cs2 sa2 112-156 0,20 8,81 8,1 1,69 13,7 35,8 ВС ca cs2 sa2 156-185 0,17 8,74 9,8 1,76 16,8 38,7 Мелиорируемые солонцы, 40 лет мелиорации Ap ca 0-40 1,30 8,73 8,4 0,06 19,8 4,5 B3 ca2 cs2 40-65 1,02 8,80 16,5 0,08 17,3 4,0 В3 ca cs2 65-100 0,27 8,26 13,4 0,51 17,1 9,4 В3' ca cs2 100-140 0,16 8,40 11,6 0,95 15,4 22,7 ВС ca cs2 sa2 140-210 0,14 8,81 12,1 0,77 16,6 38,0 Лугово-каштановые почвы, целина А1 0-12 5,19 7,42 1,1 0,07 16,7 1,2 А1В 12-31 3,47 7,66 1,3 0,07 15,8 1,3 В3са 31-70 2,42 7,91 5,7 0,07 18,0 1,1 В3са2 70-100 1,80 8,31 13,0 0,08 17,9 1,1 В3' са2 100-120 0,96 8,46 15,8 0,09 18,4 1,1 ВСса 120-160 0,67 8,24 14,3 0,10 18,8 1,6 Лугово-каштановые почвы, 40 лет мелиорации Ap ca 0-18 4,10 7,92 4,3 0,04 18,9 1,6 A pl 18-35 3,54 8,02 2,7 0,04 19,3 1,6 В1ca 35-55 1,40 8,34 6,1 0,05 18,0 1,7 B3ca2 55-80 0,91 8,43 12,2 0,06 17,4 1,1 В3' ca2 80-120 0,69 8,46 14,0 0,08 17,0 1,2 BCca 120-180 0,48 8,46 12,3 0,13 14,9 1,3 5.2. Трансформация лугово-каштановых почв больших падин под влиянием выращивания массивных лесных насаждений Существенную трансформацию при выращивании массивных лесных на саждений претерпевают лугово-каштановые почвы больших падин. Это связано с формированием и функционированием лесного биогеоценоза и, в первую очередь, с принципиальным изменением круговорота веществ, одним из основ ных звеньев которого становится накопление и разложение лесного опада. Изу ченные дубовые насаждения по составу почвенных сапрофагов, среди которых наиболее массовую группу составляют личинки двукрылых (в основном, Tipulidae и Bibionidae) и дождевые черви, наиболее близки к юго-восточным лесостепным дубравам на темно-серых лесных почвах (Всеволодова-Перель, Сиземская, 2000;

Всеволодова-Перель, Сиземская, Колесников, 2010).

Однородный в целинных условиях гумусовый горизонт в ходе лесоме лиорации дифференцируется. Резко увеличивается коэффициент структурности верхнего гумусового слоя: с 0,55 на целине до 1,23 под дубовым насаждением.

Деятельность интродуцированных в падину под массивные насаждения поч венно-подстилочных дождевых червей Eisenia nordenskioldi (Eisen) приводит к дополнительному накоплению в почве гумуса, способствует формированию высокой биогенной агрегированности почвы и определяет изменение процессов гумусообразования (Всеволодова-Перель, Сиземская, 1989, 2000). Биогенная переработка почвенными беспозвоночными (там, где интродуцированы дожде вые черви) способствует появлению ярко выраженной копрогенной структуры в гор. А1 (содержание фракций 7-5 мм во фракционном составе почв возрастает в 6-7 раз), а коэффициент структурности достигает 4,08.

В культурах дуба лесную подстилку образует слой неразложившегося до конца листового опада (АО1), у контакта с почвой частично переработанный и перемешанный с копролитами дождевых червей. Соответственно, и запас под стилки в нем характеризуется наиболее низким показателем (1,09 кг/м2) по сравнению с данными, полученными на других пробных площадях, где запас подстилки в начале весны превышал 3 кг/м2 (Оловянникова, 2000;

Всеволодова Перель, Сиземская, 2005). Основная масса подстилки сосредоточена в хорошо разложившемся слое АО3, для которого характерна также более высокая золь ность. С переходом от верхнего слоя АО1 к нижнему (АО3) заметно сокраща ется отношение C:N, а реакция среды становится слабощелочной (Всеволодова Перель, Сиземская, 1989, 2005).

Существенно меняется карбонатный профиль почв. В целинных условиях обычно выделяются две формы карбонатов: прожилки и белоглазка, которые встречаются совместно в горизонте Вса. В почвах под насаждениями увеличи вается общее количество белоглазки и ее размер, меняется характер ее распре деления в горизонте: из равномерного он становится гнездовым. Это связано с изменением гидрологического режима почв падины в настоящее время и более близким залеганием к поверхности уровня грунтовых вод с повысившейся ми нерализацией по сравнению с 50-и годами прошлого века (Верба, Ямнова, Си земская, 2005). Почвы под насаждениями, в отличие от целины, характеризуют ся меньшей плотностью, более высокой пористостью и водопроницаемостью, а также повышенным содержанием гумуса (табл. 4).

Происходит усиление вертикальной дифференциации гумусового гори зонта по содержанию гумуса, агрегированности и, соответственно, улучшению водно-физических свойств почвы. На основе анализа микростроения изученных почв выявлена трансформация морфотипа гумуса: мягкий (mull) (по Bal, 1970) темно-серый дисперсный гумус целинных почв становится более грубым гуму сом (moder) с обилием растительных остатков, в разной степени переработан ных биотой. В целом, в почвах под массивными насаждениями происходит из менение процессов гумусообразования, окарбоначивания, оглеения (Верба, Ямнова, Сиземская, 2005).

По своему облику и особенностям произрастающие на этих почвах наса ждения наиболее близки к южнорусским широколиственным лесам, граница естественного ареала которых проходит много севернее данной территории, в районе р. Еруслан (Сиземская, Сапанов, 2006).

Таблица 4. Некоторые физико-химические показатели верхнего 0-10 см слоя гумусового горизонта лугово-каштановых почв больших падин Участок рН Объемная Скорость Ко- С, % Запас N общий, C/N масса, впитыва- эфф. гуму- % г/см3 ния 100 структ са, кг/м мм/мин.

Целина 7,30- 1,30±0,03 85 0,55 2,62±0,35 4,86 0,25±0,02 10, 7,44 1,98±0, Насаждение 6,43- 1,04±0,02 22 1,23 4,12±0,30 5,98 0,34±0,04 12, дуба, 50 лет 6,86 3,07±0, То же, с ин- 7,45- 0,98±0,04 13 4,08 7,44±0,74 6,08 0,70±0,07 10, тродуциро- 7,68 1,86±0, ванными дождевыми червями * над чертой – в слое 0-3 см, под чертой – в слое 3-10 см По мере взросления насаждений возрастает их привлекательность, и все разнообразнее и интенсивнее становится рекреация, тяготеющая к искусствен ным лесным биогеоценозам (Сиземская, Сапанов, 2004).

5.3. Подходы к классификации мелиорируемых почв Система мелиоративных мероприятий на почвах солонцового комплекса приводит к созданию антропогенных почв с новой системой генетически взаи мосвязанных горизонтов. Эти почвы не имеют аналогов в природе и не могут быть отнесены к солонцам или каким-либо другим таксонам. Помимо выноса солей основным диагностическим процессом при мелиорации и сельско хозяйственном использовании этих почв является формирование нового одно родного пахотного слоя с благоприятными водно-физическими свойствами из материала надсолонцового, солонцового и верхней части первого подсолонцо вого горизонтов. Наличие такого горизонта позволяет отнести вышеописанные почвы по новой классификации к отделу агроземов (Классификация…, 2004).

Для выделения мелиорируемых солонцов на уровне типа можно предложить определение "агрозем элювиально-солевой" с набором горизонтов: Apca-BEL1 BEL2-C. При этом первый элювильно-солевой горизонт (ЭСГ, по Максимюк, 1974) является зоной преимущественного выноса как ЛРС, так и гипса, второй ЭСГ - зоной преимущественного выноса ЛРС. В подтиповом названии можно указать результат мелиоративного воздействия - постсолонцовый и каштано вый (Сиземская, 1991).

Лугово-каштановые почвы целинных территорий относятся к типу каш тановых гидрометаморфизованных, мелиорированных – к агроземам текстурно карбонатным. Таким образом, если в классификации 1977 г. изменения, вы званные мелиорацией, диагностировались лишь на уровне рода почв, то, по со временным представлениям, антропогенное воздействие приводит к трансфор мации почв на уровне типа (Классификация…, 2004).

ГЛАВА 6. Изменение солевого состояния почв под влиянием лесомелиорации Солевое состояние почв определяется целым рядом факторов: длительной историей становления и эволюции почвенного покрова Прикаспийской низ менности, климатической и гидрологической обстановками, антропогенным воздействием, - и их совокупным влиянием, а современный этап мелиорации почв солонцового комплекса характеризуется усилением процессов вторичного засоления почвенно-грунтовой толщи и трансформацией солевых профилей.

На интенсификацию этих процессов при АЛМ оказывают влияние сте пень засоления грунтовых вод, смещение вверх по профилю капиллярной кай мы вследствие подъема УГВ, усиленный расход влаги из грунтовых вод при де сукции, образование в их зеркале под лугово-каштановыми почвами депресси онных воронок, подток туда засоленных грунтовых вод и почвенных растворов из-под солонцов и светло-каштановых почв.

6.1. Динамика и баланс легкорастворимых солей в агролесомелиоративных системах Существенные изменения в солевом состоянии почв происходят под влиянием АЛМ мероприятий. Нами прослежена динамика этого воздействия за последние 25 лет и охарактеризованы его результаты. Выявлены особенности солевого состояния почв на участках разной длительности и интенсивности ме лиорации на разных ее этапах, установлены важные закономерности простран ственного и временного перераспределения солей, проведены расчеты скорости рассоления, балансов и запасов солей и отдельных ионов по полуметровым слоям и в целом в толще мощностью 0-200 см, 0-400 см.

По мере развития мелиоративного процесса уменьшение запасов суммы солей и отдельных ионов в солонцах наиболее быстро происходило в первые 15–20 лет мелиорации (Максимюк, 1974), после чего оно существенно замедли лось. Это проявление общей закономерности в развитии всех компонентов эко систем (Роде, 1947;

Одум, 1986). К началу 80-х годов вынос солей за пределы почвенной толщи достиг значительных величин – до 35-38 кг/м2 или 72-87% от их исходного содержания. Перераспределение солей происходило по элюви ально-иллювиальному типу. Установлено, что длительное существование почв в условиях воздействия АЛМ систем становится важным фактором их антропо генной эволюции.

К настоящему времени запасы ЛРС в верхнем двухметровом слое мелио рируемых солонцов составляют около 50% и 35% от их запасов в целинных со лончаковых солонцах при воздействии системы агролесомелиоративных меро приятий в течение 30 и 40 лет и 25% – при 50-летней мелиорации (рис. 5, табл.

5). Из верхнего метрового слоя при всех сроках мелиорации практически пол ностью вынесены наиболее токсичные ионы Cl– и Na+, также за счет преимуще ственного выноса иона хлора хлоридно-сульфатный тип засоления сменяется сульфатным.

Верхние 60 см почвы незасолены, в слое 60-160 см наблюдается сильное засоление (по градации Базилевич, Панковой, 1968), в слое 160-380 см – очень сильное засоление, в нижележащих горизонтах до грунтовых вод – сильное за соление, в то время как целинные солонцы уже с глубины 20 см до 300 см ха рактеризуются очень сильным засолением и сильным засолением в нижележа щих горизонтах. Смещение вниз границ слоя с очень сильным засолением в ме лиорируемых почвах произошло из-за перераспределения токсичных солей под влиянием агролесомелиорации. На участках со сроком мелиорации 30 и 40 лет на глубинах 250-350 см по сравнению с целиной происходит увеличение со держания сульфатов натрия и магния за счет их выноса в процессе мелиорации из вышележащей толщи, хотя велика вероятность их поступления с поднявши мися грунтовыми водами. Наблюдаемая в настоящее время некоторая рестав рация засоления в солонцах связана с воздействием подъема УГВ.

При агролесомелиорации, направленной на улучшение свойств солонча ковых солонцов, в этот процесс при сельскохозяйственных обработках вовле каются и лугово-каштановые почвы, не нуждающиеся в таком воздействии. На ранних стадиях агролесомелиорации существенных признаков ухудшения их солевого состояния в верхней 2-метровой толще (т.е. выше зоны воздействия капиллярной каймы), наиболее освоенной корнями, не наблюдается, однако от мечено появление негативных тенденций засоления грунтовых вод: повышение минерализации и концентраций в них иона хлора, натрия. Со временем появля ется засоление почвенно-грунтовой толщи лугово-каштановых почв, находя щихся в прикулисных частях некоторых АЛМ участков, а в пределах всех почв солонцового комплекса происходит формирование двух различных по степени засоления зон: опресняющейся, мощностью до 3-3,5 м, и зоны засоления, рас пространяющейся до грунтовых вод (Максимюк, 1989). Наши дальнейшие ис следования выявили прогрессирующее засоление лугово-каштановых почв (Си земская, 1990;

Соколова и др., 2000, 2001;

Бычков и др., 2005).

Современное солевое состояние мелиорированных лугово-каштановых почв во многом определяется их существованием в условиях АЛМ систем на фоне сокращения зоны аэрации, вызванной подъемом уровня грунтовых вод в период 80-90-х годов ХХ столетия на территории Северного Прикаспия. В ре зультате происходит изменение их химизма засоления с гидрокарбонатно кальциевого на хлоридно-кальциевый тип и увеличение минерализации, в среднем, до 6 г/л. Такой состав и тип засоления особенно часто встречается на тех участках, где в почвах вследствие сильной десукции древесных растений и расхода линзы пресной воды происходит образование депрессионных воронок, компенсационно заполняемых водой с высокой минерализацией за счет ее под тока из-под прилегающих светло-каштановых почв и солонцов.

На всех участках выявлены процессы засоления почвенно-грунтовой толщи (рис. 5), диагностируемые по формированию в пределах капиллярной каймы новых солевых контуров, верхняя часть которых образована преимуще ственно ионами SO42-, Ca2+, HCO3- и Na+;

нижняя часть – Ca2+ и Cl-. Со време нем отмечается подтягивание солей и перемещение этого солевого контура вверх по профилю.

А 0-50 0- 0- 0- 50-100 50- 50- 50- - 2+ 2 HCO3 SO4 Ca Cl 100-150 100-150 100- 100- 150-200 150-200 150- 150- 200-250 200- 200- 200- 250-300 250- 250- 250- 300-350 300- 300- 300- 350-400 350- 350-400 350- 400-450 400- 400-450 400- 450-500 450- 450-500 450- 0-200 0- 0- 0- 0-400 0- 0- 0- 0-500 0- 0- 0- 0 20 40 0 200 0 500 1000 0 200 400 0-50 0-50 0- 50-100 50-100 50- 2+ + Запас солей Баланс запасов Mg Na 100-150 100-150 100- 150-200 150-200 0- 150- 200-250 200-250 200-250 100- 250-300 250-300 250- 300-350 300-350 300-350 200- 350-400 350-400 350- 400-450 400-450 300- 400- 450-500 450-500 450-500 400- 0-200 0-200 0- 0-400 0-400 0- 0-500 0-500 0- 0- 0 100 200 300 0 500 1000 1500 0 50 100 150 -100 -50 0 50 Б 0- 0-50 0-50 0- 50- 50-100 50-100 50- Cl - 2- 2+ HCO3 SO4 Ca 100- 100-150 100-150 100- 150- 150-200 150-200 150- 200- 200-250 200-250 200- 250- 250-300 250-300 250- 300- 300-350 300-350 300- 350-400 350-400 350-400 350- 400-450 400-450 400-450 400- 450-500 450-500 450-500 450- 0-200 0-200 0- 0-400 0- 0-400 0- 0-500 0- 0-500 0-500 0- 0 20 40 60 0 50 100 150 0 20 40 60 0 50 100 0- 0-50 0- 50- 50- 50-100 2+ + Баланс запасов Запас солей Mg Na 100-150 100- 100- 150-200 150- 150-200 0- 200-250 200- 200-250 250-300 250- 250-300 100- 300-350 300- 300-350 200- 350-400 350- 350-400 400-450 400-450 300- 400-450 450-500 450- 450-500 400- 0-200 0- 0-200 0-400 0- 0-400 0- 0-500 0- 0- 0 10 20 30 40 0 5 10 15 -100 0 100 0 20 40 - целина, 2000-е годы;

- 50 лет мелиорации Рис. 5. Изменение запасов солей (кг/м ), отдельных ионов (г-экв/м2) и баланс их запасов (% от исходного состояния) по полуметровым слоям в средних мелиорированных солонцах (А) и лугово-каштановых почвах (Б), 50 лет мелиорации Хотя ион хлора в токсичных для растений количествах - более 2 ммоль экв. /100 г почвы (Эрперт, 1974) появляется уже с глубины 150 см, на протяже нии всего периода мелиорации на всех участках отмечается отсутствие засоле ния в верхней части почвенного профиля (табл. 5).



Pages:   || 2 |
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.