Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика работы 4
Глава 2. Природные условия, почвенный и растительный покров Джаныбекского стационара. Эволюция почв солонцового комплекса Северного Прикаспия. Принципы и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса 8
Глава 3. Объекты и методы исследования 35
Глава 4. Характеристика лугово-каштановых почв и их генезис. Вопросы классификации лугово-каштановых почв (Литературный обзор) 44
Глава 5. Солевое состояние целинных лугово-каштановых почв Северного Прикаспия в условиях подъема грунтовых вод. (Современные данные по сравнению с результатами, полученными в 1950-60 гг.) 74
Глава 6. Солевое состояние лугово-каштановых почв в агролесомелиоративных системах 85
Глава 7. Перераспределение легкорастворимых солей в процессе мелиорации 105
Глава 8. Роль древесных насаждений в современном профильном и пространственном распределении солей в лугово-каштановых почвах 131
Выводы 152
Список использованной литературы 154
Приложение 171
- Общая характеристика работы
- Природные условия, почвенный и растительный покров Джаныбекского стационара. Эволюция почв солонцового комплекса Северного Прикаспия. Принципы и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса
- Объекты и методы исследования
Введение к работе
Солевое состояние почв во многом определяет возможность их сельскохозяйственного использования, выбор подходов и методов мелиорации. В этой связи, определенный интерес представляют исходно незасоленные лугово-каштановые почвы западин, входящие в солонцовый комплекс Северного Прикаспия и занимающие до 25 % площади. Именно их присутствие в составе солонцового комплекса позволяет также рассчитывать и на успешность проведения лесомелиоративных мероприятий, необходимых в полупустыне для улучшения жизни людей.
В условиях подъема уровня фунтовых вод и усиления гидроморфности почв назрела необходимость в комплексном изучении изменения солевого состояния целинных лугово-каштановых почв, а также оценке их антропогенной эволюции.
Выбор агролесомелиоративных мероприятий как системы сельскохозяйственного освоения почв Прикаспийской низменности во многом определили водно-физические свойства почв. Подчиненное положение лугово-каштановых почв в микрорельефе и зависимость их от соседних участков из-за перераспределения влаги, включение в мелиоративный процесс из-за тесного «соседства» с мелиорируемыми солонцами и влияние лесных насаждений различных типов на фоне почти двухметрового подъема уровня грунтовых вод внесли существенные изменения в солевое состояние как целинных и мелиорированных лугово-каштановых почв, так и лугово-каштановых почв, находящихся под лесными насаждениями.
Проведен анализ влияния на солевой режим лугово-каштановых почв выявленных факторов, таких как: подъем уровня грунтовых вод и общее увеличение увлажненности территории, интенсивное течение мелиоративного процесса, роль древесных насаждений в профильном и пространственном распределении солей и их совокупного влияния.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Успешное лесоразведение и возможность сельскохозяйственного использования, выбор подходов и методов мелиорации во многом определяются солевым состоянием почв. Именно поэтому присутствие исходно незасоленных лугово-каштановых почв в составе солонцового комплекса полупустыни Северного Прикаспия, где они занимают, в среднем, 25% площади, позволяет рассчитывать на успешность проведения перечисленных мероприятий, необходимых в полупустыне для улучшения жизни людей. В целинных условиях лугово-каштановые почвы, являющиеся лучшими почвами региона, характеризуются периодически промывным водным режимом, незасоленностью почвенного профиля и гидрокарбонатным составом почвенно-грунтовых вод с минерализацией до 1 г/л. Они обладают высокой гумусиро-ванностью (до 4-5%), хорошими водно-физическими свойствами и обеспеченностью элементами минерального питания, оправдывая классификационное название «черноземовидные», предложенное А.А. Роде и М.Н. Польским (1961). Будучи затронутыми процессами мелиорации, эти почвы претерпевают сильные изменения в своем состоянии. Актуальность работы обусловлена недостаточностью экологических исследований современного солевого состояния лугово-каштановых почв, которое складывается под влиянием нескольких доминирующих факторов: подъема уровня грунтовых вод (УГВ), начавшегося с конца 70-х до середины 90-х годов, воздействием агролесомелиоративных (АЛМ) систем и лесных насаждений.
Цель работы. Изучить современное солевое состояние целинных и длительно мелиорируемых лугово-каштановых почв солонцового комплекса Северного Прикаспия и оценить экологические последствия изменения солевого состояния лугово-каштановых почв под воздействием лесомелиорации.
Задачи работы.
1. Проследить экологические изменения и, в частности, трансформацию солевого состояния как основного индикатора лесорастительных свойств целинных лугово-каштановых почв при сложившейся современной почвенно-гидрологической обстановке и в 50-е годы XX века (по данным А.А. Роде и М.Н. Польского, 1961).
2. Выявить изменения лесорастительных условий, происходящие под воздействием длительной лесомелиорации, и оценить потенциальную сельскохозяйственную пригодность лугово-каштановых почв в АЛМ системах.
3. Изучить экологическую роль древесных насаждений в современном профильном и пространственном распределении солей в лугово-каштановых почвах АЛМ систем и колков.
Научная повита. Установлено, что современное солевое состояние лугово-каштановых почв солонцового комплекса Северного Прикаспия определяется воздействием подъема уровня грунтовых вод и, в связи с этим, ухудшением почвенно-гидрологической обстановки. Выявлено изменение химического состава грунтовых вод и увеличение их минерализации. Капиллярная кайма поднявшихся засоляющихся грунтовых вод оказывает все большее воздействие на нижнюю и среднюю часть почвенного профиля, приводя к ее засолению. Определяющую роль в составе легкорастворимых солей (ЛРС) начинают играть хлориды и сульфаты натрия. На состояние мелиорированных лугово-каштановых почв также оказывает влияние их существование в условиях агролесомелиоративных систем. Древесные насаждения за счет десукции способствуют усилению засоления лугово-каштановых почв. Разработанная на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН система агролесомелиорации, при которой в пределах корнеобитаемой толщи сохраняются зоны опреснения мощностью 1-1,5 м, является вполне успешной и приемлемой для длительного и интенсивного сельскохозяйственного использования почв.
Работа выполнена на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, территория которого типична для ландшафтов междуречья Волги и Урала в пределах северной части Прикаспийской низменности. Материалы и выводы настоящей работы могут быть использованы и распространены на весь этот обширный географический регион площадью более 2,9 млн. га.
Экспериментальный материал для настоящей работы был собран в течение полевых сезонов 1999 - 2004 годов. Автор принимал непосредственное участие в проведении полевых исследований, отборе образцов и проведении анализов. Данные по составу водных вытяжек и грунтовых вод получены в процессе коллективной работы под руководством и непосредственном участии к.б.н. М.Л. Сиземской и д.б.н. М.К. Сапанова.
Практическая значимость. Полученные материалы по солевому состоянию почвогрунтов и лугово-каштановых почв Северного Прикаспия могут явиться основой проведения мелиоративных, сельскохозяйственных и лесово-дственных мероприятий на этой территории с учетом изменения гидрологической обстановки, вызванной подъемом УГВ.
Природные условия, почвенный и растительный покров Джаныбекского стационара. Эволюция почв солонцового комплекса Северного Прикаспия. Принципы и агротехника мелиорации почв солонцового комплекса
Джаныбекский стационар РАН был организован в 1950 году в составе Комплексной научной экспедиции АН СССР по вопросам полезащитного лесоразведения под руководством и при непосредственном участии академика В.Н. Сукачева и профессора А.А. Роде.
Основной задачей стационара была разработка научных основ освоения и преобразования малопродуктивных, сильно засоленных земель Северного Прикаспия в богарных условия, в частности, с использованием древесных насаждений в исконно безлесной полупустыне Прикаспийской низменности (Роде, Польский, 1961, Муканов, Сапанов, Сиземская и др., 2005).
В дальнейшем на основе полученных научных и экспериментальных данных, стационар перешел к новой, более широкой задаче - разработке методов рационального освоения почв солонцового комплекса полупустыни, с применением агролесомелиоративных мероприятий.
Джаныбекский стационар как наиболее репрезентативный объект (Вом-перский и др., 2000, 2006), позволяющий охарактеризовать значительную часть глинистой полупустыни Прикаспийской низменности междуречья Волги и Урала (площадью до 2,9 млн. га), расположен по обе стороны границ Российской Федерации (Палласовский р-н Волгоградской обл.) и Республики Казахстан (Джаныбекский р-н Западно-Казахстанской обл.). Общая площадь земель стационара насчитывает около 1000 га, включая лесные насаждения различного возраста и состава 150га.
Климат.
Прикаспийская низменность в целом является наиболее жаркой и засушливой частью Русской равнины. В ее северной части, климатически представляющей Северную полупустыню, эти особенности выражены несколько меньше, чем на юге и востоке Прикаспия, однако континенталыюсть и засушливость климата велики, как и на всей территории, и существенно возрастают с северо-запада на юго-восток. В этом же направлении уменьшается и количество годовых осадков (Доскач, 1964).
За период с 1950-1996 гг. среднегодовая сумма осадков составила 298 мм (с амплитудой варьирования по годам в пределах от 152 до 498 мм) (Биогеоце-нотические основы..., 1974). Также отмечается некоторая цикличность сухих и влажных периодов, с временной продолжительностью от 12-15 до 50 лет (Роде, 1959).
На основании данных наблюдений Джаныбекской метеостанции, расположенной в пределах глинистой полупустыни Северного Прикаспия, во второй половине XX века произошли существенные колебания климата (Сотнева, 2004). Обработанная информация за 47 лет позволила выявить некоторую неоднородность климатических показателей, начиная с 1977-1978 гг. Основываясь на вышеуказанных природных явлениях, 47-летний период наблюдений был разделен на два подпериода: с 1952 по 1977 гг. (26 лет) - засушливый и с 1978 - 1998 гг. (21 год) - более влажный (Сотнева, 2004).
Климатические показатели за первый из выделенных подпериодов, характеризуются стабильностью погодных условий. Среднегодовая температура воздуха составляет, в среднем - 6,9 С, среднегодовое количество осадков равно 264 мм. Относительная влажность также не менялась и составила 67%, коэффициент увлажнения равен 0,19 (Сотнева, 2004).
Климатические показатели второго (влажного) подпериода указывают на увеличение увлажненности в целом: среднегодовое количество осадков увеличилось до 320 мм, испаряемость не превышает 981 мм, повысился коэффициент увлажнения до 0,24. Несколько изменился температурный режим холодного сезона (октябрь-март): произошло повышение температуры на 1-1,3 С, что могло в некотором роде уменьшить промерзание почв и перераспределение осадков по поверхности (Сотнева, 2004).
Лето - наиболее длинный сезон в Прикаспийской низменности - характеризуется большим дефицитом влажности (30-40 мм), высокой испаряемостью (900-1000 мм), частыми суховейными погодами с сухими горячими ветрами, скорость которых превышает 10 м/с (Роде, 1959), высокими дневными температурами воздуха (средние составляют 23-25С, максимальные достигают + 42С), крайне редкими и неравномерно выпадающими осадками, носящими ливневый характер. Влага выпадающих дождей часто испаряется, почти не промачивая почву (Доскач, 1964).
Весна на севере междуречья короткая - с конца марта до начала мая. Переход от отрицательных температур воздуха к положительным (15 - 20С днем) происходит в течение 25 - 40 дней (Доскач, 1964). Часты весенние заморозки. При снеготаянии в весеннее время поверхность наиболее увлажнена по сравнению с другими сезонами года. Довольно часто встречаются явления быстрого снеготаяния, которое опережает прогревание почвы, в связи с чем талые воды растекаются по мерзлой поверхности, почти не промачивая ее, скапливаются и застаиваются только в понижениях. В этом случае повышенные участки уже с весны недостаточно увлажнены, что сказывается на весенне-летней растительности. Общее количество осадков за этот период составляет 20-30 мм.
Объекты и методы исследования
Районом наших исследований являлась глинистая часть Прикаспийской низменности междуречья Волги и Урала.
Стационарные исследования проводились на наиболее репрезентативном участке данной местности - Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН.
В качестве объектов выбраны полугидроморфные целинные и мелиорированные лугово-каштановые почвы, расположенные в локальных понижениях микрорельефа (западинах) (рис. 3.1.1; рис. 3.1.2).
Рисунок 3.1.2. Территория Джаныбекского стационара с лесными культурами. А- на почвах солонцового комплекса, Б -на падинах. Дендрарии на падине (1) и на почвах солонцового комплекса (2), агролесомелиоративные системы шириной J 100 м (3), 400 м (4) и 200 м (5), отрезок Государственной лесной полосы «Чапаевск - Владимировка » из 4-х полос шириной 60 м (6), многорядные лесные культуры (7); сад (8), целинные падины (9); магистральный канал (10); пруд (11) (Сапанов, 2003). Объекты и места отбора проб: точка № 1 -участок «Гослесополоса IV-C», точка № 1а- целинный аналог; точка №2 -участок «Госфонд», точка № 2а- целинный аналог; точка №3 -участок «Новый опыт», точка №3а - целинный аналог; точка № 4 -участок «Гослесополоса I-Ю» (лесные колки).
Кратко приведем описание нескольких агролесомелиоративных участков, созданных на территории Джаныбекского стационара, отличающихся структурой лесных кулис и сроком мелиорации, а также описание участка, расположенного на отрезке трассы Государственной защитной лесной полосы (ГЗЛП) Чапаевск-Владимировка (1-Ю).
Первый участок «Гослесополоса IV-C» (заложен в 1951 г.) представляет собой часть территории площадью 4 га, расположенной в северной части четвертой ленты отрезка трассы ГЗЛП Чапаевск-Владимировка. Тема опыта: мелиорация солончаковых солонцов посредством плантажной вспашки, дополнительного увлажнения и действия многолетних трав. На участке шириной 60 м высажены три трехрядные кулисы из вяза приземистого (Ulmus pumila L.) с 18-метровыми межкулисными пространствами, в дальнейшем превращенные в одно- и двухрядные. На современном этапе кулисные насаждения расстроены.
Второй участок «Госфонд» (заложен в 1959 г.) расположен восточнее трассы на землях Госфонда, площадь участка 10 га. Тема опыта: создание однорядных кулис на почвах солонцового комплекса с межкулисными пространствами шириной 40 м при общей ширине участка 200 м. В настоящее время древесные однорядные кулисы имеют высоту 12,5 м и диаметр ствола 22-24 см.
Третий участок «Новый опыт» площадью 40 га (заложен в 1970 г.), расположен южнее участка «Госфонд». Ширина участка 400 м. Тема опыта: создание однорядных кулис для обеспечения дополнительного снегозадержания и увлажнения почв солонцового комплекса, с межкулисными пространствами шириной 56 м. Средняя высота деревьев 11,5 м, диаметр 19,5 см.
Таким образом, выбранные мелиорированные участки различаются длительностью мелиоративного периода (около 50, 40 и 30 лет мелиорации), интенсивностью мелиорации, связанной с размерами объектов и шириной межкулисных пространств (между однорядными лесными полосами, расположенными непосредственно на сельскохозяйственных полях).
Четвертый участок представляет собой ленту шириной 60 м и площадью 6 га - «Гослесополоса 1-Ю» (заложен в 1952 г.), расположенную на отрезке участка трассы ГЗЛП Чапаевск-Владимировка.
Тема опыта: выращивание древесных насаждений без коренной мелиорации солонцов. Целью создания лесных «колков» стал вопрос о возможности выращивания древесных насаждений на лугово-каштановых почвах западин, оказывающих устойчивое мелиорирующее влияние на прилегающие к ним солончаковые солонцы путем снегонакопления. Многорядные насаждения создавались в виде плотных древесно-кустарниковых массивов. В 35 рядах было высажено около 6500 экз./га деревьев и кустарников. Ширина междурядий 1,5 м, в ряду расстояние между растениями 1 м. Смешанный видовой состав древесно-кустарниковых насаждений насчитывал около 14 видов (дуб черешча-тый, вяз приземистый, вяз гладкий, ясень пенсильванский, яблоня лесная, груша обыкновенная, карагана древовидная, клен татарский, жимолость татарская, скумпия, лох остроплодный, смородина золотая, шелковица белая и другие) (Биогеоценотические основы..., 1974; Оловянникова, 1976; Оловяннико-ва, Сапанов, Сиземская, 2003).
Культуры были заложены четырьмя вариантами по типу смешения пород.
Вариант I (с севера). «Центральный» и «Дубовый» колки - древесно-кустарниковое насаждение с дубом черешчатым (Quercus robur L.) и четырьмя кулисами из вяза приземистого (Ulmuspumila L.).
Вариант И. «Сухой» колок - древесное насаждение с дубом и сопутствующими породами и кустарниками, характерными для южных дубрав: вязом гладким (Ulmus laevis Pall), грушей (Pyrus Communis L.) и яблоней (Malus syl-vestris Mill).
Вариант III. Древесное насаждение с ясенем пенсильванским, акацией белой и кустарниками.
