Экологическое состояние темно-каштановых почв агрогенно-трансформированных экосистем Оренбургского Зауралья
Исследованы темно-каштановые почвы Оренбургского Зауралья на различных сельскохозяйственных угодьях. Сопоставление их свойств с целинными аналогами показало, что по степени агрогенной трансформации и ухудшению экологического состояния изученные почвы образуют следующий ряд: целинные — сенокосные — пастбищные — залежные — пахотные.
Ключевые слова: темно-каштановые почвы, агроценоз, антропогенная трансформация, целина, сенокос, пастбище, залежь, пашня
The dark chestnut soil in various farmland are investigated in Orenburg Zauralye. The comparison of soil with virgin analogues showed that the degree of agrogenic transformation and environmental degradation of these soils increases in the following series: virgin — hayfield — grazing areas — fallow land — arable land.
Keywords: dark chestnut soil, agrocenosis, anthropogenic transformation, virgin land, hayfield, grazing areas, fallow land, arable land
Введение
Многочисленные исследования прошлых лет [2, 3, 6, 10] наглядно показывают, что сельскохозяйственное использование почв является мощнейшим фактором их антропогенной эволюции, оказывающим влияние на все аспекты функционирования почвенной системы: от теплового, воздушного, водного режимов до системы гумусовых веществ и биологической активности. Наиболее полно влияние агрогенного фактора изучено на примере пахотных почв [3, 6, 7]. В последнее десятилетие внимание исследователей также обращается к почвам залежей и пастбищ, в то время как экосистемы, например, естественных сенокосов оказываются изучены в меньшей степени.
Если рассматривать вопрос исследования почв агроценозов в зонально-географическом аспекте, то следует отметить, что лучше изучены в этом плане черноземы [2, 10]. Это связано с тем, что они являются наиболее плодородными и ценными в сельскохозяйственном отношении почвами, агрогенная трансформация которых приобрела масштабы, угрожающие устойчивости почвенной системы в целом. Однако указанные процессы отмечаются и для почв других типов, в том числе каштановых, находящихся длительное время в сельскохозяйственном использовании.
На территории Оренбургской области каштановые почвы, представленные подтипом темно-каштановые, занимают всего 4, 3% от общей площади земель этого региона, однако в восточной части области, так называемом Оренбургском Зауралье, эти почвы являются доминирующими в структуре почвенного покрова — ими занято около 70% площади (в комплексе с солонцами и солончаками). При этом 8, 6% пашни, 18, 7% пастбищных земель и 18, 4% сенокосов на территории Зауралья расположено на темно-каштановых почвах [5]. Таким образом, почвы данного подтипа активно эксплуатируются в Оренбургском степном Зауралье для сельскохозяйственных нужд, а следовательно, нуждаются в постоянном мониторинге и контроле за экологическим состоянием.
Цель исследования
Цель данной работы заключалась в оценке экологического состояния темно-каштановых почв Оренбургского Зауралья, расположенных в различных сельскохозяйственных угодьях (пашня, сенокос, залежь, пастбище), путем сравнения их свойств (физических, химических и биологических) с аналогичными целинными почвами.
Материал и методы
Исследование проводилось в течение вегетационного периода 2014 года на территории Новоорского района Оренбургской области (окрестности сел Кумак и Горьковское). Изучаемая территория располагается в Оренбургском Зауралье на Орской равнине, имеющей высоту 180–200 м над уровнем моря. Климат Оренбургского Зауралья является резко континентальным, с холодной, продолжительной, малоснежной зимой, жарким, сухим, с большим количеством ясных и малооблачных дней летом; непродолжительными осенью и весной. Холодным временем года является период с октября по март, теплым — с апреля по сентябрь. Продолжительность безморозного периода — 120–130 дней в году. Самый холодный месяц в году — январь, его среднемесячные температуры составляют 16–18 о С ниже нуля. Высота снежного покрова (средняя из наибольших декадных) не превышает 40 см, а глубина промерзания почвы на конец февраля составляет 120–140 см и более. Самый теплый месяц — июль со средними температурами 20–22 о С. Среднегодовая температура является положительной — 3, 5–4, 0 о С. Сумма температур воздуха выше +10 о С составляет 2400–2600 о С. Увлажнение территории Оренбургского Зауралья незначительно и неустойчиво: среднегодовое количество осадков — 300–350 мм. Гидротермический коэффициент Г. Т. Селянинова равен 0, 6–0, 7 [9].
Почвы изучаемой территории — темно-каштановые карбонатные маломощные легкосуглинистые на элювиальных карбонатных суглинках. Объектами исследования явились почвы различных сельскохозяйственных угодий (многолетняя пашня с посевами яровой пшеницы, естественный сенокос, 12-летняя залежь, среднесбитое пастбище). В качестве контрольного участка для сравнения свойств почв и оценки их агрогенной трансформации был выбран условно целинный участок, характеризующийся максимальным из возможного (в условиях интенсивного антропогенного воздействия) сохранением естественной степной растительности. При выборе участков исследования учитывалось их расположение на выровненных водоразделах в типичных для изучаемой почвенный подзоны биоклиматических условиях и под характерными растительными ассоциациями (таблица 1).
Читайте также: Почва как природный ресурс охрана почв
Изучение экологических особенностей почв агрогенных ландшафтов проводилось с использованием полевых и лабораторных методов исследования. Полнопрофильные разрезы для описания морфологических свойств почв закладывались в 2009 году, в течение полевого сезона 2014 года на каждом участке делались три прикопки для отбора проб почвы из горизонтов, А и В1 послойно через каждые 10 см с целью определения влажности, плотности сложения, структурно-агрегатного состава, химических и биологических свойств. Плотность определяли с помощью стальных цилиндров-буров известного объема [1]. Для геоботанического описания участков исследования закладывались пробные площадки размером 10×10 м, на которых определяли флористический состав, тип растительной ассоциации, среднюю высоту травостоя, ярусность, общее проективное покрытие [4]. Величину надземной фитомассы определяли на укосных площадках размером 1 м 2 , величину подземной фитомассы — изъятием почвенных монолитов размером 20×20×20 см.
Таблица 1 — Геоботаническая характеристика исследованных участков
Общее проективное покрытие, %
Средняя высота травостоя, см
Подготовка проб почвы к химическому анализу проводилась по ГОСТ 26269–91. Для определения структурно-агрегатного состава почвы производили фракционирование образца воздушно-сухой почвы массой 1–1, 5 кг на стандартном наборе сит (сухое просеивание по методу Н. И. Саввинова). Коэффициент структурности (Кстр) рассчитывали как отношение суммы агрегатов размером 0, 25–10 мм к сумме агрегатов диаметром более 10 мм и менее 0, 25 мм [1]. Содержание общего гумуса определяли методом мокрого озоления по И. В. Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213–91). Интенсивность продуцирования углекислого газа («дыхание почв») определяли адсорбционным методом В. И. Штатнова. Дыхание почв выражали в мг СО2 на 1 кг почвы за 1 час. Активность каталазы определяли газометрическим методом по количеству кислорода, выделившегося в ходе реакции 3% раствора пероксида водорода с навеской почвы массой 1 г и 0, 5 г карбоната кальция. Показания снимали через 1 мин после контакта почвы с пероксидом водорода; активность каталазы выражали в мл О2 на 1 г почвы за 1 мин [9].
Результаты и обсуждение
Сельскохозяйственное использование экосистем всегда сопряжено с изменением растительности, что в свою очередь сказывается на многих параметрах ценоза: от микроклимата до активности почвенных ферментов. Коренное преобразование фитоценоза, сопряженное с уничтожением естественного степного и образованием нового, агрогенного, отличающегося монодоминантностью, более низкой продуктивностью и иной структурой запасов фитомассы, наблюдается при пахотном использовании почв (таблица 1). Следует отметить, что общая продуктивность агроценоза ниже в 7, 8 раза по сравнению с целиной, при этом запасы подземной фитомассы на пашне снижаются в 9, 8 раз. С учетом ежегодного отчуждения растительной массы при уборке урожая, суммарное поступление органического вещества в агропочву на порядок ниже такового на целине, что не может не сказаться на трансформации гумусового состояния.
Растительные ассоциации на сенокосах в среднем мало уступают целинным по величине проективного покрытия, средней высоты травостоя и запасам фитомассы (до сенокошения), однако в конце вегетационного периода за счет произведенного укоса резко падает высота травостоя и снижается надземная биомасса, что приводит к возрастанию отношения запасов подземной фитомассы к надземной до 6, 0 по сравнению с 4, 4 на целине.
На пастбищном участке, несмотря на доминирование типичных для ассоциаций на темно-каштановых почвах Festuca valesiaca Gaudin. и Artemisia austriaca Jacq., возрастает представленность разнотравья (Gypsophila paniculata L., Berteroa incana (L.) DC., Euphorbia seguieriana Neck., Eryngium planum L. и др.). Ряд исследователей объясняют это уплотнением верхнего слоя почвы под давлением копыт крупного и мелкого скота, в связи с чем злаки с мочковатыми корнями, наиболее требовательные к благоприятным физическим свойствам почвы, уступают место растениям со стержневой корневой системой. За счет этого снижаются запасы подземной фитомассы (на 16–17%) и отношение корневой биомассы к надземной (до 3, 9).
Доминированием разнотравья (Achillea millefolium L., Artemisia absinthium L., Euphorbia seguieriana Neck., Artemisia austriaca Jacq., Convolvulus arvensis L. и др.) отличается и залежный участок, который за более чем десятилетний период не сумел восстановиться до состояния, приближенного к естественному степному сообществу. По сравнению с целиной здесь также весьма низкие показатели проективного покрытия, запасов корневой биомассы и отношения подземной фитомассы к надземной.
Читайте также: Преобразование солнечной энергии в энергию химических связей заболачивание почвы
Таким образом, для естественных фитоценозов на темно-каштановых почвах характерны невысокие значения общего проективного покрытия, высоты травостоя и запасов надземной фитомассы при значительных запасах корневой массы, что и определяет сухостепной тип гумусообразования и гумусонакопления. Сельскохозяйственное использование темно-каштановых почв меняет структуру распределения запасов растительной биомассы в сторону снижения доли подземной органики. Это происходит за счет полного сведения естественной степной растительности (пашня, залежь) или доминирования стержнекорневых растений, не обладающих способностью формировать плотный дерн в верхнем слое почвы (пастбище, залежь).
Изменение растительного покрова приводит к значительной трансформации структурно-агрегатного состояния и физических свойств темно-каштановых почв, находящихся в сельскохозяйственном использовании (таблица 2).
Таблица 2 — Плотность и структура темно-каштановых почв на различных сельскохозяйственных угодьях
Минералогия и химия почв (на примере Оренбургской области)
Почва области состоит из минерального вещества, возникшего в результате взаимодействия минерального вещества субстрата с наземным биосом, мезо- и микроорганизмами почв, мертвым органическим веществом, водами и атмосферой. Минеральный состав почвы.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Минералогия и химия почв (на примере Оренбургской области)
Почвенный покров области формировался на исключительно сложном геологическом субстрате. Это касается как платформенной (западной), так и геосинклинальной (восточной) части области. Комплекс почвообразующих пород этой территории включает все типы: магматические, метаморфические и осадочные. Магматические породы представлены как интрузивными, так и эффузивными породами от кислого до ультраосновного состава, включая и щелочные. Метаморфические породы представлены всеми разновидностями: сланцы, гнейсы, скарны, роговики, кварциты, мраморы, серпентиниты, тектониты и т.д. Осадочные породы включают: обломочные, глинистые, химико-органогенные, пирокластические и т.д. Перечисленные породы включают все классы первичных (сульфиды, галоиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, окислы, силикаты) и вторичных минералов.
Именно о почвах Оренбургской области можно сказать словами В.И. Вернадского (1923): «Для познания почв необходимо тщательно и точно изучить их минералогию». почва минеральный органический
На 90-98% массы почв состоит из минерального вещества, возникшего в результате взаимодействия минерального вещества субстрата с наземным биосом, мезо- и микроорганизмами почв, мертвым органическим веществом, природными водами и атмосферой.
Минеральный состав непрерывно меняется. Если в коренных породах (в среднем) кварца 12%, железомагнезиальных силикатов 24%, полевого шпата 51%, то в почвообразующих породах кварца уже 50% и более, полевого шпата не более 12-15%, железомагнезиальных силикатов всего 1-2%. Значительная часть гипогенных силикатов трансформируется в гипергенные — минералы глин (до 20%). В конечном счёте минеральная часть почв включает три группы: механические обломки минералов и горных пород, высокодисперсные минералы глин, минеральные новообразования.
Состав обломочных минералов существенно влияет на валовой химический состав почв. Чем больше кварца в минеральном составе почв, тем выше относительное содержание кремнезёма и меньше других соединений. Чем больше обломков силикатов, тем больше алюминия и т.д.
Высокодисперсная часть минерального вещества почвы в основном состоит из гипергенных силикатов: каолина, гидрослюд, монтмориллонита. Важной их особенностью — катионнообменная ёмкость. Она резко различается. Так, у каолина она — 10 мг·экв на 100 г, у монтмориллонита — в 10 раз больше.
Минеральные новообразования, возникающие при почвообразовании, очень разнообразны по морфологии: округлые сплошные и полые конкреции; трубчатые конкреции; рыхлые скопления, налёты и плёнки; плотные корочки, натёки и бороздки на каменистых обломках; зернистые агрегаты и друзы, линзовидные тела и пластообразные панцири. Столь же разнообразен и их минеральный состав, в который входят представители всех классов минералов. Наиболее распространены карбонаты кальция и гидроокислы железа.
Минералогические исследования почвенного покрова Оренбургской области, выполненные В.Д. Кучеренко в 1954-1964 годах, подтвердили широкий спектр минералов в составе почв. Это касается как почв, развитых на пермских породах, преобладающих в западной части области, так и на древних корах выветривания, широко развитых в восточной части области, а также на четвертичных покровных суглинках, встречающихся повсеместно.
Читайте также: Какая почва в егорьевском районе
Среди обломков минералов и пород в почвах области повсеместно преобладает кварц, иногда до 90% (разрез 503 на палевых суглинках). Зёрна кварца обычно округлые, угловатые, прозрачные и матовые, белые и окрашенные гидроокислами железа, иногда до красного цвета. Широко развит серицит — до 80% (разрез 71 К на вишнёво-красных суглинках). Форма его разнообразна, в основном вытянутая, цвет белый, жёлтый, розовый. Встречается биотит до 90% (разрез 454 на серо-зелёных суглинках). Отмечаются, правда редко, обломки роговой обманки, эпидота, хлорита, циркона, полевого шпата, магнетита, лимонита, пирита, пиролюзита.
Вторая группа минералов — дисперсные глины в почвообразующих породах и почвах области имеют широкий спектр. Для их диагностики автором были использованы электронно-микроскопические, рентгеноструктурные, термические и другие методы исследований.
Данные электронно-микроскопических исследований показали, что у монтмориллонитовых глин форма основных минералов представлена либо отдельностями и агрегатами, уплотнёнными в центре и расплавленными краями (разрез 265 на буро-красных мергелистых глинах перми), либо полупрозрачными частично бесформенными агрегатами (разрез 28 л на жёлто-бурых карбонатных суглинках). Что касается минеральных примесей, то это либо округлые и вытянутые пластинки (разрез 265), либо гексагональные и ромбические пластинки; у галлуазитово-гидрослюдистых глин форма минералов в основном имеет неправильную форму с чёткими гранулами; у примесей — это мелкие кристаллы галлуазита и гексагональные пластинки гидрослюды (разрез 357 на зеленовато-жёлтых глинах); у каолинито-гидрослюдистых глин форма минералов изометричная или полупрозрачные вытянутые пластинки, у примесей — гексагональные пластинки неправильной формы (разрез 132 на светло-жёлтых глинах). Дисперсия вышеуказанных форм — 0,206 м.
Судя по полученным данным, тонкодисперсные минералы почв на пермских породах и четвертичных отложениях, представлены в основном монтмориллонитом, на корах выветривания — гидрослюдой и каолинитом.
Состав глинистых минералов в почвах мало отличается от их состава в почвообразующих породах. Засушливая континентальная обстановка в период почвообразования стабилизировала процессы минералообразования.
Судя по отдельным пикам термограмм, можно говорить об определённом влиянии солонцовых и болотных процессов.
Данные рентгеноструктурного анализа проб, как при обработке их соляной кислотой, так и без, также свидетельствует о преобладании в составе глинистых минералов гидрослюд в почвах на отложениях перми и четвертичных и каолина в почвах на корах выветривания.
Что касается третьей группы минералов — аутигенных, то для почв Оренбургской области характерен их очень широкий спектр самых разнообразных по форме и по составу, преимущественно карбонатов, сульфатов, хлоритов, гидроокислов марганца, железа.
Содержание основных окислов в рассмотренной выше минеральной части почв области приведены в нижеследующей таблице 1.
Судя по этим данным, повышенное содержание окислов кремния и алюминия характерно для почв на древних корах выветривания, развитых на интрузивных и метаморфических породах Зауралья. Повышенное содержание оксидов кальция и магния характерно для почв, развитых на карбонатных отложениях перми в Предуралье.
Что касается распространения окислов по генетическим горизонтам почв, то повышенное содержание SiO2 и Fe2O3 свойственно горизонту А, и видимо связано с гумусом; Al2O2 характерен для илювиального горизонта; CaO и MgO свойственны горизонту С и обуславливает его повышенную карбонатность.
Изучение состава водной вытяжки рассматриваемых почв, выполненные вышеуказанном автором, показало, что для почв: на отложениях перми Предуралья характерно повышенное содержание HCO3-, SO2-2, на покровных четвертичных суглинках — SO4-2 и Cl-, на древних корах выветривания Cl- и SO4-2.
Для сельского хозяйства наибольший интерес представляют данные о содержании в почвах азота, фосфора, калия, особенно их подвижных форм.
Подвижными и доступными считаются те формы питательных веществ, которые обладают способностью растворяться в воде, слабых неорганических (угольная кислота) и органических кислотах (щавелевая, яблочная, уксусная и др.), передвигаться с током воды к корневым волоскам и в результате диффузии, выходить из состава почвенно-поглощающего комплекса в обмен на ионы почвенного раствора и ионы обменного фонда корневых волосков.
Таблица 1 — Содержание основных окислов в почвенном покрове Оренбургской области (по материалам В.Д. Кучеренко, 1964)
- Свежие записи
- Как избавиться от мошек в цветах комнатных растений
- Что добавить в воду чтобы цветы дольше стояли
- Какие цветы сочетаются друг с другом на клумбе
- Жмых от кофе как удобрение для комнатных цветов
- Белый липкий налет на комнатных цветах как избавиться