Содержание к диссертации
Введение
1. Методика и объекты исследований 13
1.1 Методы изучения флоры и растительности 13
1.2. Методы изучения черноземов обыкновенных 14
1.3. Методика определения эффективности удобрений 17
2. Географические условия формирования черноземов обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья 22
2.1. Геология и почвообразующие породы 22
2.2. Рельеф 25
2.3. Климат 27
3. Флористическая и фитоценотическая характеристика степной растительности Урало-Сакмарского междуречья 29
3.1. Флора 32
3.2. Структура степных сообществ на черноземах обыкновенных 39
3.3. Фитоценотическая характеристика степной растительности на черноземах обыкновенных 43
4. Экологическая характеристика черноземов обыкновенных Урало Сакмарского междуречья - 53
4.1. Черноземы обыкновенные обычные 5 3
4.2. Черноземы обыкновенные карбонатные 68
4.3. Черноземы обыкновенные солонцеватые 70
4.4. Черноземы обыкновенные остаточно-луговатые 72
4.5. Черноземы обыкновенные неполноразвитые 74
5. Динамика содержания гумуса и мощности гумусового горизонта в черноземах обыкновенных 76
6. Анализ условий и факторов формирования урожайности яровой пшеницы на черноземах обыкновенных 86
6.1. Биолого-морфологические особенности яровой пшеницы 88
6.2. Аспекты формирования урожайности яровой пшеницына черноземах обыкновенных 99
6.3. Гидротермические условия на период проведения эксперимента 111
6.4. Анализ и моделирование зависимостей урожайности яровой пшеницы от 116
исходного содержания питательных веществ, погодных условий и доз удобрений.
7. Охрана и восстановление биологических ресурсов степей Урало-Сакмарского междуречья 128
7.1. Формирование сети особо охраняемых почвенно-ботанических территорий 131
7.2. Концепция ландшафтно-адаптивного природопользования 137
Выводы 141
Заключение 143
Литература 144
Приложения 158
- Рельеф
- Структура степных сообществ на черноземах обыкновенных
- Черноземы обыкновенные карбонатные
- Аспекты формирования урожайности яровой пшеницына черноземах обыкновенных
Введение к работе
Растительность, являясь первичным звеном биологического круговорота зольных веществ и снабжая почву органическими остатками, является одним из основных факторов почвообразования. Естественное плодородие, характерное для целинных почв, определяется биологической продуктивностью растительных сообществ. Оно в определенной мере является потенциальным и зависит от климата, химических, физических и биологических свойств почвы, от содержания элементов питания растений.
Различные растительные сообщества отличаются показателями продуктивности общей биомассы и поставляют в почву органическое вещество, различное по составу. Таким образом, структура фитоценозов определяет характер почвообразовательного процесса, состав и качество гумуса, физические, биологические и агрохимические свойства, а также особенности воздушного, водного, теплового режима почв (Лавренко, 1940).
Почва представляет собой сложную полифункциональную, поликомпонентную, открытую, многофазную систему, качественно отличающуюся от всех иных природных компонентов. Почвам присуще уникальное свойство в экосистеме и агроэкосистеме - плодородие, которое определяется как способность ее к саморегуляции и самоорганизации в направлении обеспечения условий формирования фитоценозов, как при отсутствии антропогенного воздействия (естественное плодородие), так при его наличии (эффективное плодородие) (Климентьев, Блохин, 1996).
Распашка почв является одним из наиболее существенных факторов деградации степным экосистем, приводящим к изменению структуры всех природных компонентов, в особой мере - почвенного и растительного покрова. Естественная растительность при этом коренным образом уничтожается, что приводит к нарушению естественного хода миграции и воспроизводства элементов в почвенном профиле, таким образом снижается способность черноземов поддерживать потенциал плодородия.
Черноземы в целом характеризуются достаточно высоким потенциальным плодородием. Но их эффективное плодородие, определяющее урожайность сельскохозяйственных культур, зависит не столько от уровня природного плодородия, сколько от технологии возделывания и погодных факторов.
Неустойчивая влагообеспеченность почв территории исследования, является ведущим фактором формирования естественной растительности и лимитирующим получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, особенно основной зерновой культуры - яровой пшеницы. Одним из путей решения этой задачи в условиях деградации черноземов и засушливости территории — это поиск доли и оптимальных доз удобрений в целях стабилизации производства высококачественного зерна. Это возможно лишь на основе анализа взаимосвязей исходного содержания питательных веществ в почве, вносимых доз удобрений и погодных условий с помощью математического моделирования. При этом усиливается элемент объективности прогнозов, повышается точность решения задач по оптимизации по сравнению с традиционными методами, основанными на практическом опыте и интуиции (Образцов и др., 1980).
Растительность Южного Урала изучалась многими исследователями. Данные, касающиеся этого вопроса, содержатся в работах С.И.Коржинского (1894; 1901), М.И.Ильина (1922), И.М.Крашенинникова (1923; 1927; 1939), Л.И.Тюлиной (1929), С.Ю.Липшица (1929), П.Л.Горчаковского и др., (1975), М.И.Котова (1947), П.Л.Горчаковского (1963; 1968), К.И.Игошиной (1963; 1964). В монографии П.Л.Горчаковского (1969) показано значение Уральской горной страны как центра флористического эндемизма, на основе обобщения полученных данных выявлены важнейшие этапы формирования флоры и растительности Урала и прилегающих равнин от неогена до настоящего времени на фоне меняющихся физико-географических условий.
В изучение растительности Оренбуржья внесли свой вклад такие естествоиспытатели, как П.С.Паллас (1773-1778; 1784; 1786), И.И.Лепехин (1795), И.П.Фальк (1824), проводившие свои исследования в составе академических
5 экспедиций 1768-1774 гг. В 1832 году Х.Д.Лессинг (Lessing, 1834) собирает значительный гербарий, который был использован для составления знаменитой "Флоры России". Большое значение для изучения растительности Оренбуржья имели работы П.И.Рычкова (1762), Э.А.Эверсманна (1840), С.И.Коржинского (1894), С.С.Неуструева (1918), С.Е.Рожанец-Кучеровской (1926), М.И.Рожанец и С.Е.Рожанец-Кучеровской (1928), Б.А.Федченко и Н.Ф.Гончарова (1929).
С 1953 года изучение растительности было связано с освоением целинных земель. Растительности Оренбургского Зауралья посвящены работы М.С.Хомутовой (1956; 1965), И.С.Ильиной (1963), растительности поймы р.Урала и прилегающих водоразделов Р.П.Савоськиной (1968; 1970а; 19706), Е.А.Агелеуова(1964; 1969; 1972), Г.Л.Ремезовой (1957), растительности Урало-Илекского междуречья З.Н.Рябининой (1984; 1985; 1987; 1995), А.А.Чибилева (1987), З.Н.Рябининой и др. (1995).
Наибольший интерес по отношению к рассматриваемой проблеме представляет цикл публикаций З.Н.Рябининой, в которых на прилегающей к району исследования территории (Урало-Илекское междуречье) рассматриваются вопросы структуры и динамики растительного покрова, в частности -анализируется флористический состав, разработана классификация растительных сообществ, прослеживается динамика биопродуктивности сообществ, антропогенные и восстановительные сукцессии и др.
Черноземы издавна служили объектом самого пристального внимания почвоведов. На материалах изучения этих почв сформировалось генетическое почвоведение, были установлены его законы, выработаны многие понятия и термины. Впервые термин "чернозем" в научной литературе применил М.В.Ломоносов, он же дал научное толкование этого понятия. В его трудах (1763) дается первое научное положения о происхождении черноземов: "Итак, нет сомнения, что чернозем не первообразная и не первозданная материя, он произошел от согнития животных и растущих тел со временем". Весомый вклад в развитие черноземной проблемы и вообще почвоведения внес выдающийся
ученый XVII-XIX вв. В.М. Севергин (Крупенников, 1952), собравший по заданию Вольного Экономического общества первую коллекцию русских почв.
Относительно незначительная степень деградации степных комплексов в Южном Предуралье в XIX - начале XX века и высокий уровень научных знаний позволили провести крупным ученым того времени детальные комплексные почвенно-ботанические исследования.
В 1840 г. вышла работа Э.А. Эверсмана "Естественная история Оренбургского края". Рассматривая сопряжено почвы и растительность степей, он приходил к выводу, что они в "...в течении веков, может быть и тысячелетий от ежегодно отмирающей и возобновляющейся растительности, покрылись слоем тука, или чернозема". По мере улучшения этой почвы "...травы начали расти роскошнее и, через это самое, образование чернозема ускорилось" (Эверсман, 1949).
Большую роль в изучении черноземов сыграл В.В. Докучаев, который первый обстоятельно и систематически исследовал все области черноземных почв, дал описания отдельных природных районов их, изучил морфологию, химические и физические свойства черноземов. В образовании черноземов Докучаев подчеркивал равностороннюю роль климата, который определяет не только тип растительности (степная флора), но и темп ее развития (годовой прирост), скорость и направления процессов разложения.
С именем В.В. Докучаева связано начало почвенных исследований в Оренбургской области. В 1878 г., в связи с исследованиями "Русского чернозема", проводимыми по поручению Вольного Экономического Общества, он обследует Оренбургского Предуралья, на основании чего подтвердил отмеченное Э. Эверсманом широтное расположение черноземных зон и сделал ряд важных обобщений по вопросу черноземов Предуралья. Характер расположения черноземных полос и падение гумусности почв к югу В.В. Докучаев связывал с особенностями растительности и условиями формирования и разложения органического вещества (биоклиматическая зональность).
7 Систематические почвенные исследования Оренбургской губернии начались в 1915 г. под руководством С.С.Неуструева. При изучении почв был широко использован сравнительно географический метод, что позволило разобраться в сложной и разнообразной в почвенном отношении территории Орен-бургской области. В результате был составлен ряд уездных почвенных карт, а также впервые приведено естественноисторическое районирование губернии (Неуструев, 1918).
С 1925 г. под руководством М.И. Рожанца было организовано Оренбургское почвенно-ботаническое бюро, которое проводило детальные 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.
С 1953 по 1975 год проводился первый тур сплошного крупномасштабного почвенного обследования Оренбургской области, которого подготовлены почвенные карты, набор картограмм, дополненные объяснительными записками по каждому административному району. В 1972 г. под редакцией В.Д.Кучеренко вышла публикация "Почвы Оренбургской области", в которой приводятся описания почв и их агропроизводственные характеристики. В 80-90 гг. проводилась корректировка почв землепользователей Оренбургской области.
Актуальность работы.
Высокая степень освоенности территории исследования под пашню (56%), нарушение технологий возделывания сельскохозяйственных культур и значительный пастбищный пресс на угодья привели к деградации степных экосистем - деструктуризации почвенно-земельного фонда, усилению эрозии и дефляции почв, потери ими части своих экофункций, уничтожению естественных фито-ценозов, сокращению флористического разнообразия. К негативным последствиям освоения черноземов обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья следует отнести снижение изначально высокого уровня плодородия в связи с нарушением баланса гумуса и питательных веществ, потерей водопрочной структуры, переуплотнением гумусового горизонта.
Деградация естественной растительности сопровождается понижением продуктивности сообществ, таким образом, сокращается количество поступающих в почву надземной и подземной растительной биомассы. Антропогенные сукцессии фитоценозов приводят преимущественно к уменьшению их флористического разнообразия, замещению характерных для биоценоза видов на синантропные. Анализ современного состояния флоры и растительности района исследования позволит охарактеризовать естественные предпосылки высокого потенциала плодородия черноземов обыкновенных, охарактеризовать геоэкологическую ситуацию в регионе, наметить пути и перспективы их охраны и восстановления.
В условиях высокой доли пахотных угодий одним из наиболее важных мероприятий для сохранения и поддержания плодородия черноземов обыкновенных является дифференцированное применение удобрений. Проблема поиска доли влияния минеральных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и оптимальных их доз с учетом погодных условий остается весьма актуальной в засушливой степной зоне.
Вышесказанное свидетельствует, что поддержание плодородия черноземов - проблема комплексная и ее следует решать на стыке почвоведения и ботанических наук, с учетом научных разработок в области охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Итогом подобного рода исследований должна стать комплекс мероприятий, направленных на внедрение ланд-шафтно-адаптивных методов природопользования.
Цели и задачи исследований
Целью работы является оценка современного состояния растительности и черноземов обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья и анализ взаимосвязей, выявление тенденций изменения почвенного плодородия и разработка комплекса мероприятий, направленных на его поддержание.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
1. На основе комплексного анализа видового состава сосудистых растений,
структуры, распределения степных сообществ и оценки их современного со
стояния определить предпосылки естественного плодородия черноземов обык
новенных Урало-Сакмарского междуречья.
2. Провести экологическую оценку черноземов обыкновенных Урало-
Сакмарского междуречья и выявить тенденции изменения основных показате
лей плодородия - содержание гумуса и мощность гумусового горизонта.
Разработать математические модели зависимостей урожайности яровой твердой пшеницы от погодных условий, исходного содержания питательных элементов в почве, доз минеральных удобрений и совместного их сочетания.
Оценить роль современной сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ) в сохранении биологических и почвенных ресурсов и их разнообразия, разработать предложения по ее оптимизации.
Решение поставленных задач позволит в определенной мере регулировать процессы гумусообразования, способствовать сохранению и поддержанию потенциального и эффективного плодородия, получению стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
составлен список сосудистых растений степной зоны Урало-Сакмарского междуречья, проведены систематический, биоморфологический, экологический анализы флоры;
проведена классификация растительных сообществ, развитых на черноземах обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья;
разработана и составлена карта восстановленной растительности территории исследования на основе геоботанических исследований и анализа крупномасштабных почвенных карт;
проведена статистическая оценка разности наиболее важных показателей плодородия черноземов обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья: мощности гумусового горизонта и среднего содержания гумуса в пахотном и подпахотном горизонтах на основе анализов двух туров почвенных обследований;
на основе дисперсионного анализа определены оптимальные, для формирования стабильных урожаев яровой пшеницы и поддержания плодородия черноземов обыкновенных, погодные условия, содержание питательных элементов в почве, дозы удобрений;
установлена доля влияния погодных условий, питательных элементов в почве и доз минеральных удобрений на урожайность яровой пшеницы в зависимости от погодных условий степной зоны;
определен комплекс первоочередных мероприятий по охране и восстановлению естественной степной растительности, редких видов флоры и почвенного покрова района исследования.
Практическая значимость
1. Приведенные в работе данные о флоре и растительности Урало-
Сакмарского междуречья являются основой для регионального ботанического
мониторинга и представляют определенную значимость для сохранения био
разнообразия региона.
Результаты работ по изучению динамики показателей плодородия могут использоваться агроэкологами в качестве исходных данных, необходимых для разработки мероприятий по внедрению ландшафтно-адаптивных методов землепользования.
Учет выявленных зависимостей урожайности яровой пшеницы от определенных факторов и их сочетания позволит целенаправленно принимать технологические решения для стабилизации урожая и сохранения плодородия почв.
Приведенные рекомендации по перспективным направлениям развития охраняемых почвенно-ботанических территорий могут использоваться при формировании региональной системы ООПТ.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями
Проведенные исследования вошли в программу фундаментальных исследований РАН "Природные процессы во внешних оболочках земли в условиях антропогенного воздействия и научные основы экологической безопасности
рационального природопользования (2001-2005 гг.)", тема: "Разработка научно-организованных принципов почвенного разнообразия степной зоны России", этап "Исследование агроэкологических параметров оптимизации плодородия черноземов обыкновенных в степной зоне Урала". Положения, выносимые на защиту
Современная флора Урало-Сакмарского междуречья сформировалась в условиях значительного антропогенного преобразования природных комплексов, тем не менее отличается высоким разнообразием, связанным с богатством местообитаний и включает 495 видов, принадлежащих к 77 семействам и 259 родам. Пространственное распределение растительных сообществ в значительной мере определяется классификационными признаками черноземов обыкновенных, в частности - родами, видами и разновидностями.
Показатели содержания гумуса и мощность гумусового горизонта свидетельствуют о высоком потенциальном плодородии черноземов обыкновенных, которое, вместе с тем, в результате длительного сельскохозяйственного использования имеет тенденции к снижению.
Урожайность яровой пшеницы на черноземах обыкновенных находится в зависимости от определенных показателей погодных условий, исходного содержания питательных веществ в почве, доз удобрений и их сочетания.
Существующая сеть ООПТ на площади района исследований не обеспечивает должной охраны и восстановление почвенных и ботанических ресурсов. В перспективе охранные мероприятия должны исходить из комплекса мер, направленных на внедрение ландшафтно-адаптивных методов землепользования, расширении площадей и количества ООПТ, выделении ценных почвенно-ботанических объектов.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на Всероссийской научной молодежной конференции "Стратегия природопользования и сохранение биоразнообразия в XXI веке" (Оренбург, 1999), международном симпозиуме "Степи Северной Евразии: стратегия сохранения природного разнообразия и степного природопользования в XXI веке"
12 (Оренбург, 2000), третьем международном симпозиуме "Степи Северной Евразии. Эталонные степные ландшафты: проблемы охраны, экологической реставрации и использования" (Оренбург, 2003), научной конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов "Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов" (Казань, 2003), на Ученом Совете Института степи УрО РАН (Оренбург, 1999-2003).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура работы. Общий объем диссертации 212 страниц компьютерного исполнения. Она включает введение, 7 глав, выводы, заключение, в работе представлены 9 рисунков, 25 таблиц и 16 приложений.
Список использованной научной литературы состоит из 203 наименований, в том числе иностранных авторов - 15.
Рельеф
Современный рельеф является следствием многочисленных процессов, протекающих в течении длительного времени и ведущих к все большей его сложности и разнообразию форм. Урало-Сакмарское междуречье выделяется как геоморфологический подрайон в районе Предуральского Сырта (Чибилев, 1999). Поверхность Урало-Сакмарское междуречья - слабо расчлененное плато с плоскоувалистым рельефом. Абсолютные высоты водораздельного пространства в основном колеблются в пределах 200-250 м, несколько повышаясь к востоку до 300 м. Максимальные отметки Урало-Сакмарского междуречья связаны с моноклинальными структурами передовых складок Урала, достигая 400-420 м. Склоны увалов равнинной части междуречья обычно полого выпуклы, расчленены неширокими балками, оврагами и промоинами. Долины рек Урал и Сакмара в пределах зоны передовых складок характеризуются наличием, главным образом, лишь одной надпойменной террасы и незначительной разработанностью. Здесь долины зажаты между контрастно выраженными в рельефе грядами, имея расширения в межгрядовых пространствах. В равнинной части долины рек довольно резко расширяются и имеют ширину в среднем 6-8 км. Здесь также сохранились и более высокие структурные элементы долин - 2 и 3 надпойменные террасы, заложенные в ранне- и позднехвалынское время, соответственно. В пределах района исследований на левобережье р.Сакмара на отрезке
Черный Отрог - Беловка сохранились участки придолинных плоских равнин - элементы палеорельефа, сложенные накоплениями акчагыльской регрессии. Современный облик рельефа водораздельных пространств сформировался в промежутке верхний миоцен-апшерон, главным образом - в акчагыл-апшеронское время. Условия его образования в значительной степени отличались — в континентальных условиях формировались холмогорья, денудационные планационные равнины, в морских условиях - аккумулятивные и абразионные равнины. Рельеф междуречья характеризуются асимметричным строением, при котором правый северный борт долины неизменно остается высоким и холмистым (за исключением тех мест, где она принимает справа наиболее значительные притоки), а левый южный - низким, пологим с широкими надпойменными террасами и придолинными плакорами. Эта асимметрия в строении рельефа отражается и на почвах. На южных склонах водораздельного плато сформированы щебенчатые почвы. На плоских плато, пологих склонах, особенно обращенных к северу складываются более благоприятные гидротермические условия. Почвы здесь имеют равнинный профиль, отличаются высоким содержанием гумуса и нормальной для них мощностью гумусового горизонта. Влияние рельефа на почвы происходит также опосредованно, через состав слагающих пород. Из форм мезорельефа экзогенного происхождения наиболее характерны для района исследования балки и овраги, эрозионные останцы, старицы, карстовые воронки. Эрозионная овражно-балочная сеть тяготеет к рекам Сакмара и Урал и своей разветвленностью делят междуречье на ряд местных водоразделов. Карстовые участки приурочены к выходам гипсов. Таким образом, основными факторами, которым принадлежит доминирующая роль в процессе формирования современного рельефа Урало-Сакмарского междуречья является структурно-тектоническое строение, залегание пород и их литологическии состав, проявление экзогенных процессов. Климат оказывает большое влияние на процессы почвообразования. От климата зависит общий характер зонального растительного покрова и энергия биологических процессов в почве. Температура и осадки, являясь элементами климата, определяют типы теплового и водного режимов почвы. Географическое положение Урало-Сакмарского междуречья определяет климатические условия. Климат носит резко континентальный характер с усилением континентальности с запада на восток. Основные черты климата - это холодная суровая зима, жаркое сухое лето, короткий весенний период, неустойчивость и недостаточность атмосферных осадков, сухость воздуха, интенсивность процессов испарения и обилие прямого солнечного освещения в течении весенне-летнего времени. Показателем континентальности климата является большая годовая амплитуда температуры воздуха, разница между средними температурами самого теплого и самого холодного месяцев равна 36-37 С. По многолетним данным средняя годовая температура воздуха колеблется от 1,7 до 3,5 С. Средняя температура января колеблется от 24,3 до 27,4 С. Среднеиюльские температуры составляют от 19,9 до 22,4 С. Среднее годовое количество составляет 260-290 мм, осадки по сезонам распространяются неравномерно. За холодный период выпадает 70-100 мм осадков, за теплый 160-220 мм. Летние осадки носят ливневый характер. Нередко за день и несколько часов выпадает от 30-50% и более от всей нормы их за вегетационный период. Средняя продолжительность активной вегетации культур (период с температурой выше 10) колеблется от 135-140 дней. Продолжительность безморозного периода- 130-145 дней.
Максимальная высота снежного покрова наблюдается в середине марта и колеблется от 30 до 50 см. Средняя глубина промерзания почвы составляет 65-83 см, наибольшая 123 см. Гидротермический коэффициент 0,8-0,3. Ветер оказывает влияние и на величину испарения и на влажность воздуха, на распределение снежного покрова по поверхности почвы. В летние месяцы часты сухие, горячие ветры южного и юго-восточного направления. В период суховеев ветры дуют со скоростью 5 м/сек и более, температура воздуха повышается до 40С, а относительная влажность падает до 20-30%. Таким образом, географическое положение Урало-Сакмарского междуречья создает в ней типичный континентальный климат с резким температурным контрастом: холодная, суровая, малоснежная зима и жаркое лето, быстрый переход зимы к лету, неустойчивое количество и дефицитность атмосферных осадков, значительное преобладание испарения над увлажнением и обилие солнечной радиации.
Структура степных сообществ на черноземах обыкновенных
Основная таксономическая единица - ассоциация - может пониматься как в более широком, так и в более узком смысле, на основании чего возникают многие разногласия между различными геоботаниками (Алехин, 1954). Мы придерживаемся определения предложенного П.Д. Ярошенко (1953): ассоциация является основной единицей растительного покрова, объединяющей сообщества, сходные по своим взаимоотношениям со средой, имеющие одинаковый состав и структуру. Классификация степной растительности затруднена еще тем, что объект исследования почти полностью уничтожен (Горчаковский, Ря-бинина, 1984). На основе геоботанического обследования, проведенного на территории Урало-Сакмарского междуречья нами была составлена классификация степной растительности на черноземах обыкновенных исследуемого района (табл. 5). В основу ее положены принципы классификации Е.М. Лавренко (1940, 1956) с некоторыми изменениями и дополнениями, внесенными П.Л. Горчаковским и З.Н. Рябининой(1984). Группы формаций выделены по преобладанию или соотношению основных групп жизненных форм (злаки, разнотравье). В таких полидоминантных сообществах, как степные, выделение формаций и ассоциаций по доминированию тех или иных видов затруднено. Поэтому за основу выделения формаций брали устойчивые сочетания доминантов и кодоминантов (а иногда и сопутствующего им разнотравья). Ассоциации устанавливали по составу доминантов, кодоминантов и индикаторных видов (детерминантов по Л.Г. Раменскому, 1938). Геоботаническая карта восстановленной растительности на черноземах обыкновенных Урало-Сакмарского междуречья представлена в масштабе 1:500000 (рис. 7).
В основу легенды карты положена классификация растительности, разработанная в результате геоботанического обследования картируемой территории, однако они не повторяют друг друга. Легенда составлялась с целью показа пространственного соотношения растительных сообществ, их связи с физико-георафическими условиями и ограничивались масштабом карт, в то время как в классификации по возможности более полно отражен состав растительных сообществ, встречающихся на исследуемой территории. Территории исследований относится к настоящим и каменистым степям Всего выделено и описано 6 групп формаций, 11 формаций и 20 ассоциаций степей (табл. 5). Настоящие степи занимают равнинные участки, пологие, слабопологие, покатые склоны различной экспозиции. Распространены на черноземах обыкновенных обычных, карбонатных, солонцеватых, остаточно-луговатых средне -и малогумусных средне- и маломощных, в различной степени смытых.
Настоящие степи представлены на территории исследований тонконого типчаково-залесскоковыльной, типчаково-залесскоковыльной, австрийскопо лынно-типчаково-ковылковой, русскоподмаренниково-типчаково-ковылковой, румынсколюцерново-типчаково-ковылковой, лессингоковыльно-типчаковой, австрийскополыно-лессингоковыльно-типчаковой, маршаллотимьяново залесскоковыльной, распростертолапчатково-румынсколюцерново-ковылковой, русскоподмаренниково-ковылковой, австрийскополынно-типчаковой, песчано-рогачевой, пустыннобурачковой ассоциациями. Группа формаций злаковые степи. Формация типчаково-залесскоковыльная. Асе. Тонконогово-типчаково-залесскоковыльная (Stipa zalesskii + Festuca valesiaca + Koeleria cristata) характерна для понижений в межгрядовых долинах с черноземами обыкновенными обычными, карбонатными средне- и маломощными глинистыми. В ассоциации зарегистрировано 39 видов растений. Общее проективное покрытие 50-70%. Доминирует Stipa zalesskii, кодоминанты copj -сорг - Koeleria cristata, сор - сор і - Festuca valesiaca. Часто встречается sp — Helictotrichon deserforum, Astragalus macropus, Centaurea marchalliana, Dianthus andrzej owskianus. Асе. Типчаково-залесскоковыльная (Stipa zalesskii + Festuca valesiaca) характерна для черноземов обыкновенных средне- и маломощных. Зарегистрировано в ассоциации 44 вида растений общее проективное покрытие 40-50%, доминирует — copi _ сорг - Festuca valesiaca. Кодоминантом является Stipa zalesskii. Обильно представлены: сор - Koeleria cristata, Phleum phleoides, Helictotrichon desertorum, Salvia stepposa, Thymus marshallianus, Galium ruthenicum, Ar temiesia armeniaca, Dianthus andrzejowskianus, Verbascum phoeniceum, Falcaria vulgaris, Crinitaria villosa. Формация типчаково-ковылковая Stipa lessingiana — один из засухоустойчивых ковылей, господствует в травостое настоящих степей. Кодоминантом выступают плотномелкодерновин-ный злак Festuca valesiaca (типчак), длительновегетирующие многолетние га-локсерофиты, Crinitaria villosa и Artemisia lerchiana на солонцеватых почвах.
На южных и юго-западных склонах холмов единственным доминантом становится Stipa lessingiana (ковылок). Из разнотравья в ковылковых степях наиболее постоянны Medicago romanica, Galium ruthenicum, Astragalus testiculatus, Veronica prostrata, Tulipa gesneriana, Nepeta ucranica, Valeriana tuberosa (Горчаковекий, Рябинина, 1981; 1984). Асе. Австрийскополынно-типчаково-ковылковая (Stipa lessingiana + Festuca valesiaca + Artemisia austriaca) характерна для склонов степных холмов средней величины с углом наклона от 10 до 25 с черноземами обыкновенными в различной степени смытыми. В ассоциации зарегистрировано 50 видов растений общее проективное покрытие равно 30-35%. Преобладает coprcop2 -Stipa lessingiana, кодоминантами являются сор - Festuca valesiaca и Artemisia austiaca, часто встречаются sp - Achillea nobilis, Allium globosum, Potentilla humifusa, Poentilla recta, Salvia stepposa. Асе. Русскоподмаренниково-типчаково-ковылковая (Stipa lessingiana + Festuca valesiaca + Galium ruthenicum) характерна для волнистой равнины с почвами черноземами обыкновенными карбонатными щебневатыми тяжелосуглинистыми. Общее проективное покрытие равно 35-40%. Всего зарегистрировано 38 видов растений. Много - Stipa lessingiana, Scabiosa isetensis, Koeleria cristata, Centraurea marschalliana. Асе. Румынсколюцерново-типчаково-ковылковая (Stipa lessingiana + Festuca valesiaca + Medicago romanica) развита на почвах черноземах обыкновенных обычных, карбонатных смытых. В ассоциации зарегистрировано 34 вида
Черноземы обыкновенные карбонатные
Распространены на водораздельных плато, пологим и покатым склонам на площади 36,733 тыс.га (11,4% от площади Урало-Сакмарского междуречья), в том числе в пашне 23,224 тыс га. Почвы сформировались на делювиальных и элювиальных карбонатных глинах, тяжелых и средних суглинках. Эта систематическая группа почв объединяет черноземы обыкновенные карбонатные средне- и малогумусные, средне- и маломощные, слабо- , средне- и сильносмытые разновидности. Характерная особенность черноземов обыкновенных карбонатных - вскипание от действия 10% соляной кислоты с поверхности. От некарбонатных черноземов отличаются наличием свободных карбонатов во всем почвенном профиле, более светлой неоднородной окраской гумусового горизонта, непрочной распыленной структурой, языковатостью переходных горизонтов. Среднегумусные карбонатные черноземы представляют собою переходную группу к малогумусным и залегают, главным образом, в контакте с ними, встречаясь на различных элементах слабоволнистого рельефа (Рожанец, Летков, 1949). Для морфологической характеристики черноземов обыкновенных карбонатных приводим описание разреза № 4-2001 (к-з им. Ленина Сакмарский район), заложенного на слабопологом склоне северо-западной экспозиции в 150 м юго-западнее пересечения дорог ив 100 м северо-западнее дороги. Угодье -пашня. Почва - чернозем обыкновенный карбонатный малогумусный маломощный легкоглинистый. По механическому составу черноземы обыкновенные карбонатные относятся к легкоглинистым, среднеглинистым и тяжелосуглинистым разновидностям.
По данным анализов легкоглинистые и среднеглинистые разновидности содержат "физической глины" ( 0,01 мм) 52,3-68,3%, тяжелосуглинистые -43,3-46,0% и пылевато-иловатые частицы в количестве 64,6-68,6% (0,25-0,001 мм) и 22,2 -28,5% ( 0,001) (приложение 4). Статистическая обработка морфологических данных черноземов обыкновенных карбонатных показала, что мощность гумусового горизонта средне-мощных почв варьирует от 45 до 47 см, маломощных - от 32 до 35 см. Гумусированность обыкновенных карбонатных черноземов значительно ниже, чем у некарбонатных. Содержание гумуса в пахотном слое в среднегу-мусных разновидностях - от 6,0 до 6,2 %, в малогумусных - от 4,6 до 4,8%, в смытых - 4,2 % (табл. 11). Реакция почвенной среды слабо щелочная (рН 7,6-8,2). Емкость поглощения в карбонатных черноземах от 21 до 37 мг- экв на 100 г почвы. Поглощенный натрий составляет 0,4-1,5% от емкости поглощения, что характеризует данные почвы как несолонцеватые (приложение 5). Содержание обменного фосфора - очень низкое (0,22 - 4,22 мг на 100 г почвы), калием от среднего до высокого (21-39 мг на 100 г почвы) (приложение 5). Насыщенность карбонатами кальция значительная, что типично для карбонатных почв.
Содержание их в верхнем горизонте от 0,2 до 3,65%, глубже по профилю - 1,5-6,2% с максимальным количеством в переходном горизонте и почвообразующей породе. Наличие карбонатов в верхнем и гумусовом горизонте неблагоприятно влияет на водный и питательный режим почвы. Растения испытывают недостаток влаги и питательных веществ, потому что карбонаты переводят усвояемые питательные вещества в нерастворимые формы. Описываемые почвы характеризуются промытостью в первом метре почвенного профиля от легкорастворимых солей, сумма их не превышает 0,156%. Во втором метре с глубиной 110-150 см содержание солей возрастает до 0,345-0,672%. Засоление сульфатное; степень засоления - слабая и средняя (приложение 6). Черноземы обыкновенные солонцеватые занимают площадь 4,282 тыс. га, 1,3%. Почвообразующие породы - карбонатные засоленные делювиальные и элювиально-делювиальные отложения тяжелого механического состава. Основное морфологическое отличие солонцеватого рода от несолонцеватого заключается в наличии горизонта В, который имеет плотное сложение, комковато-призматическую структуру, на поверхности отдельностей виден глянец, образованный высохшей пленкой коллоидного раствора перегноя, во влажном состоянии вязкий. На изучаемой территории распространены черноземы обыкновенные слабосолонцеватые малогумусные маломощные, приуроченные, главным образом, к нижним частям пологих склонов. В основном эти почвы сохраняют типичные черты черноземов обычных, но при этом резче выделяется языковатость, обильнее обнаруживаются карбонатные скопления, увеличивается уплотненность в горизонте В+ВС. Солонцеватое явление на Урало-Сакмарском междуречье сильнее проявляется на юге территории, ближе к черноземам южным. Для морфологической характеристики чернозема обыкновенного солонцеватого малогумусного маломощного легкоглинистого приводим описание разреза № 5-2002 (к-з им. Фрунзе Саракташский район), заложеного к югу, юго-западу от села Черкасы на 11 км. Рельеф - плоский участок водораздела, прилегающий к балке. Угодье - пашня.
Аспекты формирования урожайности яровой пшеницына черноземах обыкновенных
Урожайность является интегральным показателем плодородия почвы и определяется как почвенными особенностями, так и сложившимися гидротермическими условиями. Черноземы обыкновенные в целом характеризуются достаточно высоким потенциальным плодородием. Но эффективное плодородие в значительной степени зависит от того, насколько используются эти потенциальные возможности для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Поэтому важным аспектом формирования урожайности яровой пшеницы на черноземах обыкновенных является внесение удобрений с учетом погодных условий и исходного содержания питательных веществ. Важнейшей проблемой земледелия в условиях интенсивного ведения сельского хозяйства - расширенное воспроизводство плодородия почвы, а также создание бездефицитного баланса питательных веществ в системе почва- растение. Один из важнейших показателей потенциального плодородия почвы -содержание в ней гумуса. Представления о характере изменения показателей почвенного плодородия в зависимости от интенсивности применения удобрений дают результаты исследований в стационарных длительных опытах с удобрениями, которые ведутся в севооборотах. Проведенные в разных почвенно-климатических зонах исследования показали, что систематическое внесение удобрений может в значительной степени изменить плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур (Влияние длительного применения удобрений ,1960; 1964; 1965; 1985). Установлено, что применение удобрений может вызвать значи тельное изменение в количественном и качественном составе органического вещества почв, в содержании отдельных элементов питания растений, форме их соединений, а в целом — изменение физико-химических свойств почв. Под влиянием минеральных удобрений в пахотном слое почвы возрастает содержание подвижных форм N, Р, К, что создает возможность увеличить продуктивность почв. Влияние минеральных удобрений на содержание гумуса в почве различные исследователи оценивают по разному. Одни авторы признают положительную роль минеральных удобрений в накоплении гумуса в почве (Карпова, 1965; Кошельков, Осипова, 1965; Любарская, 1969; Петрова, 1965; Шконде, 1959; Ansorge, 1957), другие указывают, что они лишь замедляют разрушение гумуса по сравнению с неудобренной почвой (Oberlander, 1977), третьи считают, что при внесении минеральных удобрений содержание гумуса становится меньше, чем в неудобренной почве (Прокошев, Попова, 1971). Совместное применение органических и минеральных удобрений оказывает влияние не только на более существенное восполнение запасов гумуса в почве, но и на улучшение её агрохимических свойств.
Органические и минеральные удобрения при совместном внесении дополняют друг друга в отношении гумусонакопительной способности почв (Панников,1964; Минеев, Шевцова, 1978; Шевцова, 1998). Продолжительное использование на черноземных почвах одних минеральных удобрений в повышенных дозах слабо воздействует на процесс минерализации органического вещества и несколько подавляет ферментативную активность почвы. Совместное применение минеральных и органических удобрений улучшает этот процесс (Щербаков, Дудкина, 1973; Щербаков, 1978). Климатические особенности природных зон и разновидности почв в значительной мере определяют характер технологии химизации земледелия, уровень урожайности и эффективности удобрений. Погодно-климатические условия (высокое или недостаточное увлажнение почвы, повышенная или пониженная относительная влажность почвы, низкие и высокие температуры ) опреде ляют дозы и соотношения питательных веществ, сроки и способы внесения удобрений. Эффективность отдельных видов минеральных удобрений в Оренбургской области зависит от почвенно-климатических условий района возделывания яровой пшеницы и агрохимических показателей почв (табл. 15). Из данных таблицы видно, что во всех почвенных зонах области наибольшее повышение урожайности обеспечивают фосфорные удобрения. Высокая отдача связана с недостаточным обеспечением почв подвижным фосфором. В засушливой черноземной полосе зависимость между количеством осадков и эффективностью удобрений далеко не такая простая, как можно бы предполагать. Только в очень сухих условиях, когда за отсутствием влаги получаются крайне низкие урожаи эффективность удобрений тем выше, чем больше осадков. На обыкновенных черноземах при продвижении с севера на юг значение фосфора возрастает, в меньшей мере там где действует азот и еще слабее калий. В 1932 г. Научным институтом по удобрениям впервые была предпринята попытка сопоставить результаты опытной сети по эффективности удобрений с метеорологическими данными. Было отмечено, что метеорологические условия относятся к существенным факторам проявления действия удобрений (Соколов, 1946). Б.Н. Рожественский (1948), анализируя многолетние данные Харьковской станции, пришел к выводу, что удобрения, несомненно, повышают устойчивость урожаев в засушливых условиях. Урожаи всех культур были значительно выше в сырые годы, чем в сухие. Но прибавки урожаев от внесения удобрений были достаточно высокие в сухие и сырые годы. Низкие урожаи в сухие годы вызывались не только недостатком влаги, но и недостатком питательных веществ, хотя в сырые годы и шла более интенсивная мобилизация почвенных запасов. Практически важно то, что в зоне черноземов внесение удобрений может быть средством получения устойчивых урожаев даже в сухие годы.
Безенчукская опытная станция находится в Самарской области, почва опытной станции - обыкновенный чернозем. Количество осадков за год 355,8 мм. На этой станции наибольшие абсолютные прибавки от удобрений были получены в средневлажные годы. Но вообще прибавки урожаев невелики, меньше 3 ц/га зерна. Станция расположена в зоне относительно слабого действия удобрений, когда без орошения они уже не являются мощным средством повышения урожайности в засушливые годы. Невысокий эффект от удобрений в первый год на черноземах Безенчукской станции сопровождается, однако, их длительным последействием (Иванов, 1957). Погодные условия усиливают или ослабляют эффективность удобрений и доступность растениям питательных веществ. Дефицит влаги в почве ограничивает усвоение фосфора зерновыми культурами в большей степени, чем азота, из-за чего нарушается нормальное соотношение между этими элементами в растениях, обостряется потребность в фосфорных удобрениях. В условиях достаточного увлажнения сильно выражено азотное голодание посевов и возрастает положительное действие азотных удобрений (Ряховский,1992). По утверждению И.И. Гридасова, В.М. Андреевой (1976), эффективность удобрений отмечается во всех зонах Оренбургской области, причем значимость и эффективность каждого вида удобрений в области определяется агрохимическими показателями почв, влагообеспеченностью поля и биологическими особенностями культуры. Почвы области имеют, в основном, достаточные запасы азотной пищи, поэтому более высокий эффект от применения азотных удобрений наблюдаются в благоприятные по погодным условиям годы. По многолетним данным, внесение азота в почву обеспечивает прибавку урожая сельскохозяйственных культур от 0,7 до 22%. В системе севооборота роль азотных удоб