Содержание к диссертации
Введение
1. Материалы и методы исследований 12
1.1. Сбор, анализ литературных и фондовых литературных источников 12
1.2. Полевые исследования 12
1.3. Камеральная обработка полевых и фондовых материалов 15
2. Физико-географические условия развития дефляционных процессов на территории степного Предуралья 16
2.1. Климат 17
2.2. Геоморфология 21
2.3. Геология и почвообразующие породы 23
2.4. Растительность 30
3. Агроресурсная и эколого-дефляционная характеристика почвенного покрова степного Предуралья 34
3.1. Почвенное разнообразие и почвенный фонд 34
3.2. Эколого-генетическая оценка почв 46
3.2.1. Черноземы южные 47
3.2.2. Лугово-черноземные 57
3.2.3. Темно-каштановые 58
3.2.4. Лугово-каштановые 63
3.2.5. Солонцы и солончаки 64
3.2.6. Пойменные 68
3.2.7. Пески 69
3.2.8. Овражно-балочный комплекс 71
4. Особенности дефляции на почвах песчаных ландшафтов степ ного Предуралья 73
4.1. Современное состояние растительного покрова и его влияние на развитие эоловых процессов на песчаных ландшафтах 78
4.1.1. Малохобдинский участок 80
4.1.2. Шубарагашский участок 81
4.1.3. Кумакский участок 82
4.2. Динамика дефляционных процессов на почвах песчаных ландшафтов 88
5. Статистический анализ и математическое моделирование процессов дефляции почв 92
5.1. Исследование зависимостей дефляционных потерь почвы и климатических факторов 92
5.2. Оценка потерь органического вещества в почвах степного Пре-дуралья 98
6. Агроэкологическая группировка, охрана и рациональное использование земельных ресурсов 104
6.1. Агроэкологическая группировка земель 107
6.2. Охрана и рациональное использование почв 115
Выводы 124
Практические рекомендации 126
Список литературы 127
Приложения 148
- Камеральная обработка полевых и фондовых материалов
- Геология и почвообразующие породы
- Эколого-генетическая оценка почв
- Динамика дефляционных процессов на почвах песчаных ландшафтов
Введение к работе
Деградация почвы - это процесс ее разрушения, утраты способности к воспроизводству своего потенциала под воздействием природных и антропогенных факторов. Деградация почв имеет многосторонний характер (водная и ветровая эрозия, осолонцевание, загрязнение тяжелыми металлами и др.).
Дефляция (ветровая эрозия) почв - один из основных видов деградации, который характеризуется разрушением и истощением почвенного покрова под воздействием климатических факторов (осадков, ветра) и усиливается при несовершенных способах использования земельных ресурсов. В процессе дефляции почв нарушается целостность почвенного покрова, изменяются его физические, химические свойства, ухудшается водный режим, происходит переотложение почвенного материала, нарушаются функциональные связи компонентов ландшафтов, которые приобретают деградационный характер (Извеков, 2003).
Сведения о ветровой эрозии в России упоминаются с давних времен в летописных рукописях Древней Руси. В более поздних литературных источниках, в писцовых книгах XV-XVII вв., а затем в Книге Большого чертежу приводятся сравнительно детальные описания земельных угодий с указанием песков, подвергающихся развеванию (Кальянов, 1976). Усиление ветровой эрозии, как указывает А.Н.Геннадиев (2001), на территории России обусловлено реформой 1861 г. (отмена крепостного права). В связи с которой лучшие угодья перешли к помещикам, а крестьяне вынуждены были распахивать песчаные земли, днища балок и оврагов, крутые склоны. Мелким крестьянским хозяйствам с отсталой агротехникой не под силу было бороться с эрозионными процессами.
Изучение ветровой эрозии почвы впервые было начато Н.А.Соколовым (1884), Т.Н.Высоцким (1894), А.А.Колесовым (1900). Многие закономерности, описываемые ими на раннем этапе познания процесса разрушения почв ветром, были подтверждены позже в теоретических и экспериментальных
5 работах отечественных и зарубежных авторов и в дальнейшем послужили фундаментом разработки более точных методов изучения природы явления ветровой эрозии.
Изучению основных свойств поверхностного слоя почв, определяющих ветровую эрозию (структурный и гранулометрический состав, содержание карбонатов и органического вещества, влажность, характер поверхности почвы, состав поглощенных оснований, содержание водопрочных микроагрегатов), посвящены работы А.М.Панкова (1937), Д.В.Богомолова (1943), А.Е.Дьяченко, Л.Т.Земляницкого (1946), В.В.Дзетовецкого (1948), П.А.Костычева (1951), В.В.Докучаева (1952), Т.Ф.Якубова (1957; 1963), А.Е.Дьяченко (1958), Г.Н.Лысака (1958; 1983), Ш.А.Гайсина, Г.Н.Лысака (1958) Х.Х.Беннетта (1958), А.Г.Гаеля, Л.Ф.Смирновой (1960), Е.А.Чакветадзе (1962), Л.Ф.Смирновой (1960; 1985), Ю.С.Адомяко (1967), Д.Д.Молдавского, Г.А.Селезнева (1969).
В области изучения и разработки мер борьбы с дефляцией неоценима работа сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института зернового хозяйства (ВНИИЗХ) (пос. Шортанды, Казахстан) под руководством академика А.И.Бараева. Вслед за Т.С.Мальцевым А.И.Бараев стал активным сторонником ведения системы обработки почвы безотвальными орудиями, обеспечивающими сохранение стерни на полях в целях снегонакопления и защиты почвы от выдувания. В относительно короткий период учеными ВНИИЗХ А.И.Бараевым (1964; 1969; 1974; 1975; 1988), А.А.Зайцевой, Е.И.Шиятым (1968), Э.Госсеном, Т.Дворниковой (1969), Е.И.Шиятым, А.Б.Лавровским (1971) была разработана и внедрена в производство на площади более 26,7 млн. га почвозащитная система степного земледелия для Западной и Восточной Сибири, Урала, Поволжья и Северного Казахстана.
Для работ современного этапа исследований ветровой эрозии Р.Я.Рамазанов (1972), И.И.Карманов, П.С.Трегубов (1979), Г.И.Васильев, А.С.Калиниченко и др. (1979), Н.Н.Захаров (1979), П.Д.Кириченко и др. (1979), Ф.Ш.Гарифуллин (1983), А.Л.Андрейчук (1985), Г.П.Глазунов,
6 В.М.Гендугов (1997; 1999; 2000; 2001), Г.П.Глазунов (2001) характерны разработка и применение математических подходов к решению проблемы.
Начало почвенных исследований в Оренбургской области связано с именем основоположника русского почвоведения В.В.Докучаева. В 1878 г., в связи с исследованиями "Русского чернозема", проводимыми по поручению Вольного Экономического Общества, он обследует Оренбургское Предура-лье.
Систематические почвенные исследования Оренбургской губернии начались в 1915 г. под руководством С.С.Неуструева. В результате был составлен ряд уездных почвенных карт, а также впервые приведено естественнои-сторическое районирование губернии (Неуструев, 1918). Как отмечает М.М.Мазыро (1926), первые почвенные исследования южной части Оренбургской области были проведены 1918 году сотрудниками Оренбургской почвенной экспедиции: Н.Н.Банасевичем, К.П.Горшениным, Г.Л.Давидовичем, Е.И.Ивановой, Л.А.Шероновой и А.В.Шмидт.
С 1925 г. под руководством М.И.Рожанца было организовано Оренбургское почвенно-ботаническое бюро, которое проводило почвенно-ботанические исследования отдельных территорий губернии. Детальные почвенные исследования в связи с землеустройством совхозов, а затем и колхозов в Оренбургской области проводились 1928-1940 гг.
Особенно большое внимание вопросам ветровой эрозии уделяется в послевоенный период. Он связан с освоением целинных и залежных земель, осуществленным в 50-х годах XX века. Начиная с 1953 по 1975 год проводился первый тур сплошного крупномасштабного почвенного обследования Оренбургской области, после которого подготовлены почвенные карты, набор картограмм, дополненные объяснительными записками по каждому административному району. В 1979-96 гг. проводилась корректировка почв землепользователей Оренбургской области.
Данные касающиеся эрозионно-дефляционных процессов в пределах Оренбургской области содержатся в работах Ю.Н.Позднякова (1969),
В.Д.Хопренинова (1970), Я.П.Орищенко, Ю.М.Серых (1970), Д.И.Уткина (1973), В.Д.Кучеренко (1972), А.Т.Власюка (1974), Е.В.Блохина, А.И.Климентьева (1974), А.И.Климентьева, В.Д.Хопренинова, В.П.Семенова (1977); Я.П.Орищенко, В.А.Знобищевой (1977; 1978), А.И.Климентьева, Е.В.Блохина (1980), А.И.Климентьева (1994; 1997; 1999, 2000), Е.В.Блохина (1997), А.И.Климентьева, В.Е.Тихонова (1994; 2000; 2001). Этими исследователями охарактеризованы этапы освоения территории Оренбургской области, выполнен системный анализ эколого-географических и антропогенных факторов, обусловливающих развитие эрозионно-дефляционных процессов. Разработаны критерии диагностики почв по степени эродированности и проти-воэрозионной устойчивости. Определены виды, объемы и темпы потерь органического вещества в почвах. Разработаны эффективные почвозащитные технологии возделывания зерновых культур на эродированных и дефлиро-ванных почвах. На основе проведенного почвенно-эрозионного районирования территории разработаны базовые модели адаптивно-ландшафтные системы земледелия.
Актуальность.
Среди негативных воздействий на почвы степного Предуралья (в пределах Акбулакского и Соль-Илецкого районов Оренбургской области) дефляция занимает одно из первых мест по масштабам потерь. В регионе около 207,9 тыс. га (21,2% от почвенного фонда (ПФ)) сельскохозяйственных угодий подверженных дефляции в различной степени, в т.ч. в пашне 118,6 тыс. га (12,1% от ПФ), дефляционноопасных - 153,3 тыс. га (15,7% от ПФ), в т.ч. в пашне 111,4 тыс. га (11,4% от ПФ).
Развитию дефляции на территории способствуют, прежде всего, природные условия: выровненный рельеф, малое количество атмосферных осадков (280-320 мм), активный ветровой режим (число дней с пыльными бурями со скоростью более 15 м/с - 13-16), широкое распространение рыхлых почвооб-разующих пород легкого гранулометрического состава.
Резкое усиление дефляции произошло в результате освоения целинных и залежных земель. В этот период в пашню были включены маломощные, ма-лосформированные, эрозионно- и дефляционноопасные (легких по гранулометрическому составу и карбонатные с непрочной структурой) почвы, без учета их особенностей и соблюдения противоэрозионных мер (Кучеренко, 1964; Семенов, Хопренинов, Климентьев, 1977).
Дефляционные процессы в почвах, вызванные нерациональным их использованием, обусловили достоверное снижение запасов гумуса и подвижных элементов питания до 25% (Климентьев, 1997).
Для успешного решения проблемы защиты почв от дефляции и повышения ее плодородия требуются изменения в структуре природопользования: оптимизация природных и агроэкосистем, противоэрозионная организация территории на уровне угодий, севооборотов, полей, производственных участков, адаптации технологий возделывания сельскохозяйственных культур и технических средств применительно к ландшафтным условиям.
Цели и задачи исследований.
Целью настоящей работы является анализ структуры почвенного фонда, изучение динамики дефляционных процессов и агроресурсная оценка почв в степном Предуралье с целью разработки мероприятий по оптимизации землепользования и снижению темпов деградации земель.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Провести анализ природных и антропогенных факторов, обусловливающих развитие дефляционных процессов на территории степного Преду-ралья.
Дать оценку эколого-дефляционного состояния и агроресурсного потенциала почвенного покрова региона.
Изучить особенности, определить интенсивность и объемы переносимой ветром почвенной массы на пахотных почвах и пастбищах песчаных ландшафтов.
Провести статистический анализ и математическое моделирование процессов дефляции почв для целей прогнозирования.
Провести агроэкологическую группировку почв территории и разработать меры по их охране и рациональному использованию.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
проведен системный анализ природных и антропогенных факторов, определяющих динамику и характер дефляционных процессов;
дана агроресурсная и эколого-дефляционная оценка почвенного покрова, составлена почвенная карта региона;
изучены особенности и определены темпы дефляционных потерь мелкозема на пахотных почвах и песчаных ландшафтах;
разработаны математические модели зависимостей дефляционных потерь почвы и климатических факторов;
определены темпы потерь органического вещества в пахотных почвах региона;
проведена агроэкологическая группировка земель территории и рекомендации по охране и рациональному использованию почв. Практическая значимость.
Полученные материалы по динамике и темпам дефляционных процессов на почвах района являются составной частью проводимого мониторинга почв Оренбургской области.
Разработанные регрессионные модели дефляционных процессов используются в качестве информационной базы при разработке моделей ланд-шафтно-адаптивных систем земледелия и землепользования.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями.
Проведенные исследования вошли в программу фундаментальных исследований РАН "Природные процессы во внешних оболочках земли в условиях возрастающего антропогенного воздействия и научные основы экологической безопасности рационального природопользования" (2001-2005 гг.). Программа утверждена на заседании Бюро ООФАГ РАН 13 июля 2001 г. №7,
п.26. Тема: "Разработка комплексной системы мониторинга земель", этап "Исследование агроэкологических индикаторов эрозии и опустынивания в степной зоне Южного Урала".
Положения, выносимые на защиту:
Агроресурсный потенциал земельных ресурсов степного Предуралья снижен в результате воздействия деградационных процессов. Наибольшее разрушающее воздействие на почвенный покров оказывают процессы дефляции, обусловленые низкой противодефляционной устойчивостью почв и интенсивным антропогенным прессингом.
Интенсивность и величина эолового переноса на песчаных ландшафтах обусловлены различиями в морфологии поверхности, свойствами рыхлых отложений и состоянием растительного покрова в зависимости от антропогенных нагрузок.
Дефляционные потери почвы находятся в прямой зависимости от определенных показателей погодных условий: дефицита влажности воздуха; средней месячной температуры воздуха; продолжительности пыльных бурь; числа дней с пыльными бурями; осадков.
Разработанная агроэкологическая группировка земель является основой для внедрения мероприятий по их охране и рациональному использованию.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на Всероссийской научной молодежной конференции "Стратегия природопользования и сохранение биоразнообразия в XXI веке" (Оренбург, 1999), региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2001), на международном симпозиуме "Степи Северной Евразии" Эталонные степные ландшафты: проблемы охраны, экологической реставрации и использования (Оренбург, 2003), на всероссийской науч. конф. "Человек и почва в XXI веке" (Санкт-Петербург, 2004), на Ученом совете Института степи УрО РАН (Оренбург, 2000-2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.
Объем и структура диссертации. Объем диссертации 186 страниц. Она включает введение, 6 глав, выводы. В работе представлены 19 рисунков, 8 таблиц и 15 приложений. Список использованной научной литературы состоит из 174 наименований.
Камеральная обработка полевых и фондовых материалов
Заключительный этап включал в себя обобщение и анализ полученных данных. Статистическая обработка динамики изменения содержания гумуса по двум турам крупномасштабных почвенных обследований проведена по Б.А.Доспехову (1985) с использованием программы Statgrafik (описательные методы, критерии и оценивание). Составление графического материала (профилей, картосхем, графиков) выполнены при помощи компьютерной программы Excel MS Office и Adobe Photoshop.
При составлении почвенной карты территории исследования использовались районные почвенные карты (масштаба 1:50000 и 1:100000), разработанные почвоведами института "ВолгоНИИгипрозем" (Паршина, Чувашева, 1971). Согласно физико-географическому районированию Оренбургской области (Чибилев, 1999) территория исследования находится в пределах Урало-Илекского округа Общесыртовской Предуральской возвышенной провинции степной зоны Восточно-Европейской равнины. Урало-Илекский округ включает в себя территории Акбулукского и Соль-Илецкого административных районов Оренбургской области. Районы граничат на севере с Илекским и Оренбургским районами, на юго-западе - с Казахстаном, на востоке - с Беля-евским районом (рис. 1).
Анализ факторов, обусловливающих дефляцию, позволяет количественно оценить роль каждого из них и раскрыть закономерности динамики дефляционных процессов. Климат является одним из важнейших физико-географических условий, обусловливающим активность дефляции. Исследуемый регион характеризуется сухим континентальным климатом. Показателем континентальности является большая годовая амплитуда температуры воздуха (разность между абсолютным максимумом и абсолютным минимумом) 86 С. По многолетним данным, среднегодовая температура воздуха подвержена колебаниям от +3,8 до +3,9 С. Самым теплым месяцем является июль. Среднегодовая температура июля от +22,2 до +22,3 С, максимальная +42 С. Самым холодным месяцем является январь. Среднегодовая температура января от -14,8 до -15,0 С, минимальная -44,0С (приложение 1).
Сумма температур выше 10С составляет 2750-2774С, а число дней с этой температурой 150. Продолжительность безморозного периода в воздухе менее 140 дней. Последняя дата весенних заморозков - 9 мая, а первые осенние заморозки - 26 октября. Засуха в районе исследования - явление очень частое, до 41 дней в году, повторяется через каждые 5-10 лет. Продолжительность вегетационного периода 180 дней.
Одним из основных климатических условий развития дефляции является количество и характер атмосферных осадков. Согласно агроклиматическому районированию Оренбургской области (Агроклиматический справочник, 1971), территория исследования входит в засушливую зону с гидротермическим коэффициентом (ГТК) равным 0,6 и среднегодовым количеством осадков от 280 до 320 мм. Среднегодовое, месячное и декадное количество атмосферных осадков позволяет судить о потенциальной опасности ветровой эрозии. Отклонение осадков от средних норм и неравномерное распределение их в году оказывают наибольшее влияние на проявление дефляционных процессов (Тихонов, Климентьев, Хопренинов, 1991). Так, на Соль-Илецкой и Акбулакской метеостанциях были зафиксированы колебания годовых осадков от 187-188 до 518-535 мм (рис. 2). Причем в холодный период - от 21-51 до 204-206 мм и теплый - от 76-94 до 346-358 мм. Это свидетельствует о неравномерности осадков в течение года, в теплый период (с апреля по октябрь) их выпадает 60-70%.
Атмосферные осадки, увлажняя почву, увеличивают межагрегатное сцепление, что снижает вероятность проявления ветроэрозионных процессов. В тоже время осадки не могут обеспечить защиту почвы от выдувания в течение длительного времени. При достаточно сильном и сухом ветре противо-дефляционная стойкость почвы в результате иссушения довольно быстро уменьшается до величины, достаточной для возникновения дефляции. По результатам исследований Г.Н.Лысак (1981), в условиях степной зоны Южного Урала черноземы начинают выдуваться, когда на поверхности почвы влажность оказывается ниже 13%. Коэффициент увлажнения в исследуемом регионе составляет 0,31-0,33, относительная влажность воздуха в летний период - более 40%. Устойчивый снежный покров образуется в конце ноября, наибольшей мощности достигает в феврале. Глубина снежного покрова различна и зависит не только от количества осадков зимой, но и от характера рельефа. Значительная часть снежного покрова перемещается ветром в пониженные мес та, где его мощность достигает до 80-110 см, на повышениях - 20-27 см. Средняя глубина промерзания почвы составляет 60 см, максимальная - до 140 см. Дата схода устойчивого снежного покрова - 5 апреля. Переход от зимы к весне происходит за короткое время и приводит к быстрому снеготаянию и стоку талых вод. Ведущая роль в развитии дефляции принадлежит ветровому режиму. На территории исследуемого региона преобладают ветра восточных и юго-восточных направлений (рис. 3).
Геология и почвообразующие породы
В тектоническом отношении территория исследования расположена на стыке трех крупных структурных элементов Русской платформы: юго-востосточной части Волго-Уральской антеклизы (Соль-Илецкий выступ), северо-восточной прибортовой части Прикаспийской синеклизы и Предураль-ского краевого прогиба (Белкин и др., 1961; Донецкое, Харин, 1970). Одной из отличительных черт рассматриваемой территории является присутствие элементов солянокупольной тектоники. В северо-западной (Волго-Уральская антеклиза) и юго-западной (Прикаспийская синеклиза) частях развиты широтно вытянутые куполовидные поднятия, соляные купола, осложненные диапировыми ядрами.
В центральной и восточной частях широкое развитие получили как соляные антиклинали, так и диапировые структуры. Здесь также распространены мульды оседания - обширные карстовые котловины, заложенные большей частью в триасе и заполненные сохранившимися от размыва мезозойскими и кайнозойскими накоплениями. На территории исследования обнажены отложения пермской, триасовой, юрской, меловой, палеогеновой и четвертичной системы (приложение 2, 2а). Наиболее древними являются отложения пермской системы, выходящие на дневную поверхность в результате проявления солянокупольной тектоники. Это гидрохимические отложения кунгура (каменная соль, ангидрит, гипс, калийные соли) и преимущественно красноцветы верхней перми. Пестроцветные и красноцветные терригенные образования триасовой системы слагают своды и присводовые части геоструктур. Лагунно-континентальные угленосные породы нижней и средней юры на правобережье Илека распространены в крыльевых частях поднятий и в синклиналях, а на юге слагают сводовые части поднятий. Морские отложения верхней юры и нижнего мела наблюдаются на крыльях структур. В наиболее погруженных участках встречаются верхнемеловые и палеогеновые осадки. Отложения неогена связаны с ингрессией акчагыльского бассейна в наиболее крупные долины территории - Илек, Большой и Малой Хобда, их притоки и левые притоки Урала. Четвертичные породы представлены аллювиальными, аллювиально-дельтовыми, делювиальными и элювиальными образованиями. В последующей характеристике особенностей стратиграфии, литологии и распространении пород на территории исследования подробнее остановимся на анализе распространения и залегания пород, формирующих почвы легкого гранулометрического состава. Пермская система.
Отложения кунгурского яруса (гипсы, каменная соль) выходят на поверхность в единичных местах района исследования (Соль-Ил едкий, Мертвосольский штоки). Вместе с тем, эти отложения и процессы, проходившие ранее в них в значительной мере определили современное геологическое строение территории. Солянокупольные поднятия выводили на поверхность отложения, залегающие выше соленосных кунгурских. Процессы карстообразования, проходившие в триасе на значительных площадях приводили к образованию обширных многокилометровых котловин (мульд оседания), в которых происходила дальнейшая седиментация пород и в которых эти породы сохранились от последующего размыва. Уфимские отложения (глины, песчаники, известняки, гипсы) и пачки (глинистая, известковистая, песчанистая и красноцветная) казанских отложений на поверхности распространены также незначительно (Мертвосольский купол, Красноярская структура). Относительно более широко развиты преимущественно красноцветные породы татарского возраста - песчаники, мергели, глины, прослои известняков, конгломераты. Эти отложения отмечены в верховьях овр.Сухоречка, Ащебутак, Кзылоба, на Мертвосольском куполе. Триасовая система. Отложения триасовой системы широко распространены на территории исследования. Значительную часть разреза представляют пески и песчаники, которые на некоторых участках являются почвообразую-щими породами. В нижнем триасе выделяются бузулукская и донгузская свиты, в верхнем - юшатырская, букобайская и курайлинская свиты. Породы бузулукской свиты (преимущественно пески с галькой уральских пород, песчаники, глины), относимой к ветлужскому ярусу, развиты по площади незначительно - овр.Кзылоба у с.Андреевка и др. единичных местах.
Песчаники состоят преимущественно из кремнистых пород, с угловатыми зернами 0,2-0,5 мм. Мощность свиты достигает 300 м. Отложения донгузской (тананыкской) свиты выходят на поверхность в овр.Кзылоба выше с.Андреевка, в верховье овр.Донгуз, и др. местах правобережья Илека. Свита представлена мощной (100 м) толщей красно-бурых песков, красных глин и алевритов. К верхнему триасу, обнажающемуся на правобережье Илека, присводо-вых и крыльевых частях поднятий, отнесены отложения букобайской свиты (преимущественно глины и песчаники), а также курайлинской, в которой выделяются горизонты: полимиктовый (пески с линзами песчаника) мощностью до 30 м; пестроцветный (преимущественно глинистый) - 25-30 м; каолинизи-рованный (пески и белый глины) - 18-20 м. Юрская система. Лагунно-континентальные отложения нижней и средней юры с перерывом и угловым несогласием ложаться на пермо-триасовые отложения. На левобережье они слагают своды соляных антиклиналей, а на правобережье - крылья структур, а также выполняют синклинали. На правобережье Илека, в пределах Соль-Илецкой синклинали к нижней юре относят галечниково-песчаниково-глинистые породы - толща грубозернистых, иногда каолинизированных песков и песчаников с галечниковым горизонтом в основании, мощностью 25 м (непродуктивная толща свиты дже-нишек, по К.Я.Бабичу), сменяющаяся кверху глинистыми породами с прослоями бурых углей. Отложения средней юры относительно широко распространены по р.Мал.Хобда у с.Шкуновка - переслаивание глин, песков и алевритов. Пески мелкозернистые, кварцевые и кварцево-полимиктовые. Верхнеюрские морские осадки келловейского, оксфордского, кимеридж-ского и нижневолжского возраста с размывом лежат на нижне-среднеюрских. Нерасчлененный разрез этих отложений наиболее полно представлен в Илецкой синклинали, где он выражен двумя толщами: нижней глинистой, верхней - песчаной. Мощность мелкозернистых кварцево-полимиктовых зеленовато-серых песков составляет 2-12 м. Породы нижневолжского яруса представлены глинами и мергелями. Меловая система. На правобережье Илека нижнемеловые породы встречаются в мульдах и синклиналях, на юге (междуречье Илека и Бол.Хобды) слагают присводовые и краевые части структур. Верхнемеловые породы на всей территории выполняют мульды и грабены.
Эколого-генетическая оценка почв
В аспектах генезиса, химического состава, физико-химических, агрофизических, биологических свойств, регулирующих плодородие, почвенные ресурсы региона изучены достаточно хорошо (Мазыро, 1926; Кучеренко, 1972; Климентьев и др., 2001). В целом почвы характеризуются высоким потенциальным плодородием, значительной экологической буферностью, особенно в естественных экосистемах. Однако уровень продуктивности земледелия в настоящее время не соответствует потенциалу плодородия почв. Анализ современного состояния земельных ресурсов, динамики их свойств показывает, что в сельскохозяйственных экосистемах наметилась устойчивая тенденция деградации почв: усиление водной и ветровой эрозии, дегумификация, дисбаланс гумуса и питательных элементов, ухудшение структуры, сокращение мощности гумусового горизонта и т.д. (Климентьев, 1997). Все это в конечном итоге приводит к снижению плодородия почв. По этой причине подробная информация об экологии почв региона имеет важное значение для эффективного решения проблемы плодородия на основе адаптивного земледелия и поддержания сестайнинга (устойчивости) агросистем через реализацию в землепользовании основных требований экологического природоохранного императива (Кирюшин, 1993; Хазиев и др., 1995). Таким образом, эколого-генетический анализ состояния почвенного покрова служит научной основой внедрения адаптивно-ландшафтной системы земледелия в исследуемом регионе.
Сформировались в условиях повышенной сухости климата с относительно невысокой биопродуктивностью растительных сообществ и достаточно энергичным процессом минерализации растительных остатков. Это сказалось на укороченности гумусовой части профиля, понижении общих запасов гумуса. Глубина вскипания у черноземов южных соответствует нижней границе горизонта А, иногда наблюдается с поверхности. Выделения карбонатов начинаются в непосредственной близости от линии вскипания - сначала в виде неясных выцветов, пятен, псевдомицелий, глубже - в форме белоглазки. Горизонт максимума карбонатных выделений отличается наибольшим уплотнением (Носин и др., 1978; Климентьев, 1997). Разнообразные условия формирования черноземов южных (рельеф, материнская порода, микроклимат и биогенные факторы) на территории исследования, обуславливают развитие следующих генетических форм: обычные, глубоковскипающие, слабодифференцированные, карбонатные, остаточно-карбонатные, солонцеватые, остаточно-луговатые и неполноразвитые почвы.
Черноземы южные обычные наиболее распространенный род, его площадь составляет 171,4 тыс. га, из них 128,1 тыс. га приходится на пашню. Распространены на очень пологих, слабопологих, пологих и слабопокатых склонах различной экспозиции. Сформировались на делювиальных карбонатных желто-бурых глинах, тяжелых и средних суглинках. Встречаются как отдельными контурами, так и в комплексе с солонцами черноземными, которые занимают от комплекса 10-25% и 25-50%.
По мощности гумусовых горизонтов А+АВ они подразделяются на средне- (от 43 до 53 см) и маломощные (до 40 см) (приложение 6а). Изменение мощности чаще всего связывается с условиями их развития на различных формах рельефа: среднемощные черноземы находятся на плато, слабонаклонных равнинах, пологих склонах; маломощные приурочены к более волнистым территориям, на которых преобладают пологие и полого-покатые склоны. Для иллюстрации морфологических особенностей южных черноземов приводится описание профиля типичного разреза.
Разрез №75 заложен в 2,3 км восточнее от п.Маякский АО "Маяк", Соль-Илецкого района, в 430 м юго-западнее полевой дороги и в 750 м севернее оврага Безымянный. Водораздел рек Донгуз и Елшанка. Рельеф - пологий волнистый склон. Угодье - пашня. Вскипание с 57 см, выделения карбонатов в виде "белоглазки" с 65 см. Почва - чернозем южный малогумусный маломощный тяжелосуглинистый. призмовидный, плотный, отдельные корни, выделения карбонатов в виде белоглазки, переход постепенный. С 94-150 см- Свежий, желто-бурый, глинистый, комковатый, плотный, обилие карбонатов в виде белоглазки. По гранулометрическому составу черноземы южные обычные представлены глинистыми, тяжело- и среднесуглинистыми разновидностями. Содержание частиц "физической глины" (частиц размером менее 0,01 мм) в верхнем горизонте составляет у глинистых и тяжелосуглинистых от 46 до 62 %, у среднесуглинистых от 30 до 44 % (приложение 7). Преобладают среднесуг-линистые разновидности. У глинистых и тяжелосуглинистых разновидностей преобладающими фракциями являются ил (частицы размером менее 0,001 мм) 25,4-40,1% и крупная пыль (частицы размером 0,05-0,01 мм) 19,1-31,8%, в среднесуглинистых - мелкий песок (частиц размером 0,25-0,05) 15-36%. По содержанию гумуса черноземы южные обычные подразделяются на малогу-мусный и слабогумусированный виды. Преобладают слабогумусированные. Содержание гумуса в пахотном слое у малогумусных 4,07-5,19%, слабогуму-сированных 2,93-4,0%. Поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием в соотношении 3-7 : 1. Сумма поглощенных оснований составляет в тяжелосуглинистых 25-33 мг-экв, среднесуглинистых - 18-29 мг-экв, эродированных - 17-23 мг-экв (приложение 8). Реакция почвенного раствора в верхних горизонтах нейтральная и слабощелочная (рН 7,0-7,5). С глубиной щелочность возрастает, что обусловлено наличием карбонатов. Обеспеченность подвижными формами фосфора низкая, обменным калием преимущественно средняя. Содержание карбонатов с глубины 30-70 см составляет 0,9-9,0% СОг- Во втором метре почвенного профиля отмечается загипсованность (приложение 9).
Динамика дефляционных процессов на почвах песчаных ландшафтов
Современное развитие дефляционных (эоловых) процессов отличается по характеру и интенсивности эоловой деструкции, чему способствуют различная морфология форм поверхности почвы, особенности ветрового режима, свойства рыхлых отложений, а также состояние растительности. Наиболее выразительно современные дефляционные процессы протекают в пределах оголенных Кумакских песков. Барханно-бугристые пески находятся в состоянии высокой динамичности все теплое время года. Участок характеризуется наибольшим количеством передвигаемых ветром почвенных частиц (табл. 2). Средняя интенсивность переноса песка за период 2000-2003 гг. составила 38,6 мм (296,9 т/га в год). Несколько медленнее, чем на оголенных песках, эоловый перенос наблюдается на Малохобдинском и Шубарагашском участках. Эти участки подвержены воздействию ветра в основном в весенний период при слабом закреплении почвы растительностью. Средняя интенсивность переноса песка на Малохобдинском и Шубарагашском участках составляет 6,7 мм (51,6 т/га в год) и 6,9 мм (53,6 т/га в год) соответственно. Как видно из графика (рис. 15, приложение 10) величина эоловой переноса песчаного материала на ключевых участках в весенний период несколько больше (45% от общих потерь), чем летом и осенью. Это подтверждает, что в весенний период песчаные почвы еще слабо защищены растительностью и поэтому подвергаются развеванию в большей степени.
На исследуемых участках сочетаются процессы сноса и наноса. На Малохобдинском и Шубарагашском участках доминирует равномерный снос материала со всей поверхности почвы и небольшой, тоже равномерно рас пределяющийся, привнос (нанос). Наиболее ярко процесс сноса и наноса проявляется на Кумакском участке Снос преобладает по днищам и наветренным склонам, а нанос - по подветренным элементам котловин. Замеры показали, что мощность снесенного ветром слоя по котловинам варьировала от 15,0 до 87,5 мм, мощность нанесенного - от 10,0 до 96,5 мм. Перенос песчаного материала происходил поступательным движением с днищ и наветренных склонов на подветренные части соседних котловин. Основная масса эолового материала перемещалась в северо-восточном направлении, определяя линейную ориентированность эоловых форм рельефа. Анализ дефляционных потерь на ключевых участках свидетельствует о значительном ущербе, наносимом эоловыми процессами плодородию песчаных почв в результате выноса из них значительного количества мелкозема, а вместе с ним органического вещества и основных элементов питания растений. Ветровая эрозия представляет собой сложный многофакторный процесс, поэтому наибольшего эффекта при изучении данного вопроса можно достичь методами математического моделирования на основе системного похода. Раскрытие закономерностей деградации почв, определение способов их восстановления невозможно без оценки вклада факторов формирования дефляционных потерь почвы.
Применение методов математической статистики при изучении процессов ветровой эрозии имеет сравнительно небольшую историю. А.С.Утешев, О.Е.Семенов (1967) предлагают расчетную формулу для средней интенсивности переноса почвы: причем к (V) 1 и отражает недоучет переносимой почвы по сравнению со свободным естественными потоками. Здесь S - фронт переноса; S0 - площадь приемного отверстия прибора; t - время экспозиции, мин; Р - масса уловленного мелкозема; g - интенсивность переноса почвы. На основании многолетних экспериментов по выявлению свойств почв, характеризующих их сопротивляемость эрозии, Ц.Е.Мирцхулава (1970) предлагает инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. Эти методы позволяют приближенно прогнозировать отдельные этапы склоновой эрозии и определять противоэрозионные гидротехнические мероприятия. Е.И.Шиятый, М.И.Хмоленко, А.Б.Лавровский (1972) сделали попытку определения количественных критериев оценки территорий по опасности проявления ветровой эрозии. При постановке задачи они исходили из того, что количественные критерии оценки территории должны интегрировать почвенные и климатические условия, влияющие на процессы эрозии, и иметь коррелятивную взаимосвязь с фактическим их действием на данной территории. В общем виде зависимость между ветровой эрозией и основными группами природных факторов можно выразить в виде: Э - характеризует потенциальную опасность действия эрозии на определенной территории; Кл - интегрирует влияние климатических условий на этот процесс; П - интегрирует взаимовлияние свойств почвенного покрова на предрасположенность почв к данной эрозии. Оценка влияния климатических условий на обусловленность ветровой эрозии почв Е.И.Шиятый (1976) описывает уравнением: Кл - безразмерный показатель влияния климатических условий на эродирование почв ветром; U - среднемесячная скорость ветра (май) на высоте флюгера, м/с; Р - сумма осадков за май, мм; Т - сумма среднесуточных температур (выше 10) за май. С помощью метода множественной регрессии М.И.Долгилевич (1978) попытался определить ведущие факторы ветровой эрозии на примере пыльных бурь в 1960 г. При одинаковом почвенном покрове наибольшее влияние на эрозионные процессы оказали скорость ветра и продолжительность его воздействия на почву.
