ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 2, с. 99-106
УДК 504.53.062+504.73.062
ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАЛЕЖНЫХ СОЛОНЦОВЫХ ЭКОСИСТЕМ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ
© 2004 г. О. 3. Еремченко, Н. В. Орлова, Р. В. Кайгородов
Пермский государственный университет 614600 Пермь, ул. Букирева, 15 Поступила в редакцию 28.11.2002 г.
В начальный период залежного состояния солонцовых экосистем Южного Зауралья проявляется существенная изменчивость почвенно-растительных сообществ, обусловленная природной периодичностью и общей направленностью процесса восстановления экосистемы. Избирательное поглощение засоляющих ионов залежными растениями активизирует развитие процессов рассоления.
Ключевые слова: солонец, засоление, деградация, плодородие, залежь, рассоление, растительность, солеустойчивость, биоразнообразие, продуктивность.
В современных условиях часть почвенных массивов, распаханных в прежние годы, заброшена под влиянием экономических причин либо целенаправленно переведена в залежное состояние. В первую очередь из хозяйственного использования исключались низкоплодородные почвы. Низкая продуктивность пахотных почв может быть обусловлена их генетическими свойствами либо развитием деградационных процессов (эрозии, дегумификации, засоления и др.) при земледельческом использовании. На территории РФ массовой распашке были подвержены солонцы. Мелиоративные приемы на этих почвах не ликвидируют проявлений засоленности. Напротив, разрушение водонепроницаемого солонцового "экрана" при вспашке и усиление расхода влаги на физическое испарение могут усилить соленакопление в верхних горизонтах пахотных солонцов; вторичному засолению благоприятствуют виды обработки с извлечением на поверхность засоленных и осо-лонцованных горизонтов и даже применение химических мелиорантов. Распашка солонцовых почв в нашей стране привела к развитию опустынивания на площади 65 тыс. км2 (Андреева, 2002). В Челябинской области было распахано 155 тыс. га солонцов. Развитие деградационных процессов в пахотных солонцах лесостепи и степи Зауралья связано с вторичным засолением, водной эрозией, деструкцией гумуса (Еремченко, 1997).
В современных агроландшафтах залежи выполняют гигиеническую (фильтраторную) функцию, выступают в роли восстановителей почв и их защитников от эрозии, а также нормализуют водный режим и повышают общую стабильность территории (Rambouskova, 1990; Rebele, 1992). Они также могут приносить доход как источники
ягод, грибов, лекарственных трав, как сенокосы и пастбища.
Залежи зарастают естественным путем, восстанавливая биоразнообразие. Залежная растительность может оказать фитомелиоративное влияние на деградированные почвы. В связи с этим теоретический и практический интерес представляет изучение скорости восстановления экосистем, переведенных в залежное состояние, а также оценка возможности воспроизводства почвенного плодородия посредством биогенных процессов.
Цель нашей работы - изучение направленности процессов постагрогенной трансформации залежных солонцовых экосистем лесостепного и степного Зауралья.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Режимные наблюдения на солонцовых почвах проводили на территории Челябинской области: в Троицком учлесхозе, расположенном в лесостепной зоне, и в заповеднике "Аркаим" - в ко-выльно-типчаковой степи.
В Троицком учлесхозе Пермского государственного университета луговые сульфатные средние и мелкие солонцы длительное время (19611991 гг.) использовались под посевы зерновых и кормовых культур на фоне отвальной и безотвальной обработок. Отвальная вспашка проводилась на глубину 20-22 см, безотвальная обработка - на 25-30 см. В средних солонцах, обрабатываемых отвальным способом, сформировались устойчивая солончаковость и повышенная насыщенность натрием, снизились запасы гумуса, азота и фосфора. На фоне безотвальной обработки
99
2*
Рис. 1. Скользящие пятилетние средние годовых сумм осадков (1) и испаряемости (2) за вегетационный период (по данным метеостанции г. Троицка).
в профиле солонцов возросла подвижность водорастворимых солей и карбонатов, заметное накопление которых отмечалось преимущественно в засушливые периоды лета. В 1992 г. солонцы были переведены в залежь и в течение 10 лет предоставлены процессу естественного зарастания. В степном Зауралье наблюдения проводили в содово-солонцовой экосистеме, переведенной в залежное состояние в 1991 г. В агрогенно-транс-формированном лугово-черноземном содовом среднем солонце были повышены засоленность, щелочность и насыщенность обменным натрием поверхностного слоя по сравнению с целиной (Еремченко, 1997).
Для наблюдений за динамикой почвенных процессов были закреплены стационарные площадки. На них в середине вегетационного периода (июль) проводилась закладка почвенного разреза на глубину до 1 м. Смешанные образцы брали с трех сторон разреза по глубинам, соответствующим средней части генетических горизонтов. Периодически производили отбор почвенных проб в 4-5-кратной повторности по глубинам 0-10, 10-18, 18-28 и 35-45 см. Для изучения солевого обмена в системе "растение-почва" растительные образцы и пробы из корнеобитаемого слоя почвы (0-15 см) брали сопряженно в 15-30-кратной повторности.
Уровень грунтовых вод на стационарах Троицкого учлесхоза измерялся в постоянных колодцах.
Для учета продуктивности залежных растений срезали надземную часть с площади 0.25 м2 в 15-кратной повторности в пределах стационарных площадок с последующей сушкой при 105°С. В снопе определяли сухой вес каждого вида, сено пересчитывали на 16%-ную влажность.
Содержание водорастворимых солей в солонцах устанавливали методом водной вытяжки с определением натрия на пламенном фотометре. Обменный натрий изучен по В.А. Молодцову и В.П. Игнатовой (1975), рН - потенциометрически.
Количество засоляющих ионов в растениях определяли в водной вытяжке, свободный Cl- -меркуриметрическим методом, свободный Na+ -методом пламенной фотометрии. Общее содержание S O4 изучали весовым методом после сухого озоления.
Для статистической обработки результатов исследований использовался пакет программ "DIASTA" для персональных компьютеров. Применяли методы описательной статистики, дисперсионный и регрессионный анализы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Период исследований (1992-2001 гг.) характеризовался относительно повышенной увлажненностью: в 1993, 1994, 1997, 1999 и 2000 гг. количество осадков за гидрологический год превышало многолетний уровень на 11-30%. Минимальное количество атмосферной влаги - ниже многолетней нормы на 33%, отмечено в 1995 г. и 1998 г. Повышенная годовая сумма осадков сопровождалась пониженной испаряемостью за вегетационный период, и наоборот: пониженная сумма осадков - высокой испаряемостью (рис. 1). Между показателями метеорологических условий лесостепной и степной зон Южного Зауралья (метеостанции г. Троицка и пос. Бреды) прослежена достоверная корреляционная связь, что подтверждает существующую синхронность колебаний гидротермических условий в данном регионе (Андреева, 1973).
Исследуемые залежные экосистемы лесостепи характеризуются близким залеганием грунтовых вод (1-2 м от поверхности). В динамике уровня и минерализации грунтовых вод лесостепного Зауралья существует цикличность, обусловленная 20-22-летними циклами колебаний увлажненности климата (Оборин, 1958; Еремченко, 1997). Первые годы наблюдений (1992-1994) отличались повышенным стоянием грунтовых вод под почвами разных элементов рельефа Троицкого учлесхоза. Затем сухость климатических условий определила опускание грунтовых вод, и их относительная маловодность сохранялась до 1999 г. В последние годы грунтовые воды пополняются атмосферной влагой и поднимаются к поверхности (рис. 2).
В профиле залежного лугового среднего солонца на фоне последействия безотвальной обработки слой почвы 0-18 см был незасоленным, общее количество солей не превышало, как правило, 0.15%. Лишь в 1995 и 1999 гг. слой 10-18 см становился сла-бозасоленным, сумма солей немного превысила 0.2%. Более значительно (от 1.1 до 0.2%) изменялось засоление в нижней части пахотного горизонта (слой 18-28 см) на фоне общего рассоления. Сумма солей в средней части профиля также колебалась в
значительных пределах, и к 2000-2001 гг. содержание солей становится менее 1%.
Развитие процесса рассоления отчетливо проявилось во вторично засоленном солонце на фоне последействия отвальной обработки. До 1996 г. в залежном среднем солонце незасоленным был лишь слой 0-10 см, уже на глубине 10-18 см содержалось 0.4-0.9% водорастворимых солей. В 1997-2001 гг. в слое 10-18 см сумма солей становится заметно ниже - 0.1-0.4%. Под старопахотным горизонтом (слой 18-28 см) в 1992-1996 гг. содержалось 1-1.8% солей, а в 1997-2001 гг. - всего 0.5-0.7%. На фоне процесса рассоления воздействие засушливого 1995 г. на состояние верхних слоев солонца оказалось малозначительным.
В нижней части профиля залежных луговых солонцов содержание солей находилось в сложной зависимости от условий увлажненности, уровня минерализованных грунтовых вод, общей направленности в движении солевых растворов по профилю почвы.
Направленное рассоление в поверхностных горизонтах залежных солонцов лесостепного Зауралья хорошо демонстрируют скользящие пятилетние средние по общей сумме солей и количеству отдельных ионов (рис. 3, 4). Улучшению состояния поверхностных горизонтов залежных солонцов благоприятствует восстановление водного режима почв. Постепенное уплотнение пахотных солонцов и десукция растениями снижают физическое испарение влаги с поверхности, препятствуя испарительной концентрации водорастворимых солей. Во влажные сезоны года соли выщелачиваются атмосферной влагой в нижние горизонты залежных солонцов.
В залежном лугово-черноземном солонце степной зоны общая сумма водорастворимых солей за период наблюдений существенно не менялась, однако уменьшилось содержание водорастворимого натрия. Одновременно в составе водной вытяжки достоверно возросло количество водорастворимых кальция и магния, что может быть связано с биогенной аккумуляцией.
За период исследований в залежных солонцах лесостепного и степного Зауралья снизилась насыщеннос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.