ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ
УДК 574.9; 551.58; 631.46
ВЛИЯНИЕ АРИДНОСТИ И КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ В ТРАНСЕКТЕ РОСТОВ-НА-ДОНУ - АСТРАХАНЬ1
© 2015 г. К.Ш. Казеев, Ю.С. Козунь, Л.С. Самохвалова,
С.И. Колесников
Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия e-mail: kamil_kazeev@mail.ru, kuz.uyliya@mail.ru, kolesnikov@sfedu.ru
Поступила в редакцию 23.05.2013 г.
Ведущими климатическими факторами, влияющими на биоту и биологическую активность почв аридных территорий юга Европейской части России (черноземов, каштановых и бурых полупустынных), являются годовая амплитуда температур и годовое количество осадков. Коэффициент корреляции между климатическими параметрами и содержанием гумуса, ферментативной активностью аридных почв очень высок и составляет, например, для коэффициента континентальности
Ценкера -0.90 --0.93. Значения интегрального показателя биологического состояния (ИПБС)
почв снижаются по мере увеличения степени континентальности в ряду каштановые ^ светло-каштановые ^ бурые полупустынные почвы. Для поверхностных горизонтов изменения ИПБС между крайними точками составляет более 40%.
Ключевые слова: черноземы, каштановые, светло-каштановые, бурые полупустынные почвы, коэффициенты аридности и континентальности климата, биологические свойства почв, содержание гумуса и солей.
Влияние климата на растительность, почвы и другие объекты природы было установлено еще в классических работах А. Гумбольдта, В.В. Докучаева, Л.С. Берга, А.А. Григорьева и М.И. Буды-ко. Установлено, что основными климатическими параметрами, влияющими на биоту, являются температура и условия увлажнения. Несмотря на то, что в последние годы в научной литературе влиянию климата на почвы и ландшафты юга России посвящено большое количество публикаций [8-10, 17, 19, 20] многие аспекты до сих пор раскрыты не в полной мере. Это касается биоты и биологической активности почв, которые быстрее реагируют на воздействие климатических изменений по сравнению с химическими и физическими свойствами. Поэтому изучение биологических свойств почв может позволить диагностировать климатические изменения. Ранее исследования биологических свойств почв на юге России проводили для диагностики почв и применения их
1 Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки РФ (6.345.2014/К) и государственной поддержке ведущих научных школ РФ (НШ-2449.2014.4).
в качестве индикаторов антропогенного воздействия [11-16, 21].
Целью настоящего исследования было определение влияния степени аридности и континентальности климата на биологические свойства почв Прикаспийской низменности. При этом из атмосферных климатических показателей были рассмотрены годовая амплитуда температур и годовое количество осадков, которые в наибольшей степени определяют континентальность [5, 6, 9, 15, 25].
Объектами исследований были аридные и семиаридные почвы, широко распространенные на юго-востоке Европейской территории России: каштановые, светло-каштановые и бурые полупустынные почвы. Почвы исследуемой территории подробно описаны в работах В.В. Акимцева [2] и В.Ф. Валькова с соавторами [4].
Отправной точкой исследования на западе был памятник природы "Персиановская степь" с целинными черноземами обыкновенными карбонатными, расположенный в зоне настоящих степей около пос. Персиановский Ростовской области на Приазовской равнине. Каштановые
почвы исследованы на Сало-Манычской гряде на востоке Ростовской области. Эти почвы являются зональными на обширной территории Юга России и хорошо изучены ранее, в том числе и их биологические свойства [4, 14, 18]. На территории Прикаспийской низменности в западных и северных районах распространены светло-каштановые почвы, в восточных и южных районах -бурые полупустынные [4]. Главными факторами почвообразования для светло-каштановых и бурых полупустынных почв являются засушливый климат (особенно высокие температуры вегетационного периода), определяющий ксерофитный и разреженный характер растительности. Светло-каштановые почвы в исследуемом регионе распространены на востоке Ростовской области и далее на восток в Калмыкии. Мощность гумусовых горизонтов этих почв всего 30-40 см, содержание гумуса невелико. Бурые полупустынные почвы располагаются далее на восток, при усилении засушливости климата, постепенно расширяя свои площади. Обычно они приурочены к выровненным пространствам, однако их можно встретить также на бэровских буграх. Суглинистые разновидности бурых полупустынных почв почти всегда солонцеваты. Низкая гумусность бурых полупустынных почв полностью соответствует как малой массе опада (до 10-12 ц/га в год), так и характеру разложения растительных остатков [22, 23]. Отличительной особенностью бурых почв является слабая дифференциация почвенного профиля на генетические горизонты.
Методы исследований. Полевые исследования проведены в августе 2007 и 2009 гг. в Ростовской и Астраханской областях и Республике Калмыкия. Маршрут пролегал по трассе Ростов-на-Дону - Астрахань (рис. 1, табл. 1). Исследуемая территория расположена примерно на одной широте, поэтому получает одинаковое количество солнечной энергии. Изменение природных зон с настоящей степной на сухостепную и далее на восток до опустыненных степей и полупустынь происходит в результате изменения аридности климата [1, 3, 26]. Соответственно изменяется и почвенный покров от черноземов до каштановых и бурых полупустынных почв [4].
Для изучения морфологии почв и отбора почвенных образцов для последующих лабораторных работ были заложены полнопрофильные разрезы и прикопки к ним на типичных по рельефу и растительности ключевых участках. Были определены содержание гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей, рН, активность каталазы, инвертазы и дегидрогеназы, интенсивность начального роста редиса, обилие микроартропод и микрофлоры и
Рис. 1. Изменение степени континентальности климата с запада на восток в местах отбора образцов (по индексу континентальности Ценкера).
др. [13]. Поскольку биологические свойства почв отличаются значительным природным варьированием, все образцы были отобраны в течение одного дня в сходных погодных условиях.
Для определения численности мелких членистоногих (микроартропод) проводили отбор почвенных образцов (по 10 на каждом участке типа почв) на глубину 0-20 см, послойно, через 5 см (объемом 125 см3). Экстракцию микроарт-ропод проводили в воронках без электрического обогрева в течение 7 сут. Учитывали численность клещей и ногохвосток.
Для исследования микрофлоры были использованы свежеотобранные образцы почв при естественной влажности. Численность бактерий аммонификаторов определяли на мясопептонном агаре. Обилие КОЕ грибов учитывали на подкисленной среде Чапека. Бактерии рода Azotobacter определяли методом комочков обрастания на безазотистой среде Эшби. О ферментативной активности почв судили по активности ферментов разных классов: оксидоредуктаз (каталаза, де-гидрогеназа) и гидролаз ф-фруктофуранозидаза (инвертаза)). Активность почвенных ферментов изучали при естественной рН почвы. "Дыхание" почв определяли по Макарову в модификации Галстяна. Реакцию почв (рН) и окислительно-
Таблица 1. Географические координаты исследуемых участков
Географические
Населенный пункт координаты Рельеф Почвы
с.ш. в.д.
Персиановский 47°30,532 40°09,340 Приазовская наклонная равнина Чернозем обыкновенный
Зимовники 47°08,554 42°30,750 Выровненный участок Сало-Ма- Каштановая
нычской гряды
Ремонтное 46°32,279 43°37,862 Выровненный участок Сало-Ма- Каштановая
нычской гряды
Элиста 46°18,152 44°27,316 Верхняя часть склона отрогов Ерге- Светло-каштановая
нинской возвышенности сильносолонцеватая
Яшкуль 46°10,899 45°17,191 Равнинный участок Прикаспийской Бурая полупустынная
низменности солонцеватая
Хулхута 46°19,420 46°15,672 Равнинный участок Прикаспийской Бурая полупустынная
низменности солонцеватая
Хулхута 46°17,592 46°41,775 Развеваемые барханы Буропески
Линейное 46°16,045 47°22,424 Бугор Бэра Бурая полупустынная
сильносолонцеватая
карбонатная
Окрестности 46°15,899 47°49,100 Бугор Бэра Бурая полупустынная
Астрахани карбонатная
восстановительный потенциал определяли потен-циометрическим методом. Содержание гумуса определяли методом И.В. Тюрина в модификации Никитина по окисляемости хромовой смесью. Содержание легкорастворимых солей определяли кондуктометрически. Исследования проводили в 3-9-кратной повторности.
Для определения различий в уровне биоген-ности и биологической активности разных почв определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы [12, 13]. Этот показатель оценивает совокупность биологических показателей, выраженных в разных единицах, и позволяет абстрагироваться от случайных колебаний, характерных для большинства биологических параметров. Для расчета ИПБС максимальное значение каждого из показателей в выборке принимается за 100% и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в остальных образцах.
Б1 = (Бх / Бтах) х 100%,
где Б1 - относительный балл показателя, Бх - фактическое значение показателя, Бтах - максимальное значение показателя.
После этого рассчитывается средний оценочный балл изученных показателей. ИПБС почвы рассчитывают аналогично расчету относительного балла показателя.
В работе использованы индексы континен-тальности по Горчинскому, Конраду, Ценкеру,
индексы аридно сти по де Мартонну и Емберже и гидротермический коэффициент по Мезенцеву [7, 15, 25].
Индекс аридности Емберже: 1а = (М + т)х(М - т)/100Р, где М - средняя максимальная температура июля, т - средняя минимальная температура января, Р - годовое количество осадков (в мм). Индекс аридности де Мартонна: 1а = Р/(Т + 10),
где Р - годовое количество осадков, Т - среднегодовая температура.
Индекс континентальности по Горчинскому: К = 1.74А^тф,
где А - годовая амплитуда температуры, ф - широта местности.
Индекс континентальности по Ценкеру: К = (А/ф)х100,
где А - годовая амплитуда температуры, ф - широта местности.
Индекс конти
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.