Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОЧЕРК ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИОН НОЕ ПОЛОЖЕНИЕ РЕНДЗИН 9
1.1 О применимости термина «рендзины» 17
1.2 Некоторые аспекты генезиса рендзин 19
1.3 Положение рендзин в современных классификациях 24
ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ 29
2.1 Климат 29
2.2 Растительность 34
2.3 Почвообразующие породы 37
2.4 Рельеф 40
ГЛАВА 3. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕНДЗИН РАЙОНА НОВОРОССИЙСК-ГЕЛЕНДЖИК 42
ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ КАРБОНАТОВ В РЕНДЗИНАХ 51
4.1 Классификационно-генетическая и экологическая оценка карбонат-ности почв 51
4.2 Карбонатность рендзин района Новороссийск-Геленджик 55
4.3 К вопросу об абсолютном возрасте рендзин 62
ГЛАВА 5. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ РЕНДЗИН РАЙОНА НОВО РОССИЙСК-ГЕЛЕНДЖИК 65
5.1 Гумус в рендзинах с учетом карбонатное и щебнистости 76
ГЛАВА 6. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ РЕНДЗИН ЧЕРНО МОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАВКАЗА 80
ГЛАВА 7. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ СВОЕОБРАЗИЕ РЕНДЗИН РАЙОНА НОВОРОССИЙСК-ГЕЛЕНДЖИК 87
ГЛАВА 8. ВЛИЯНИЕ КАРБОНАТНОСТИ ПОЧВ НА БИОЛОГИЧЕ СКИЕ СВОЙСТВА РЕНДЗИН 89
8 1 Устойчивость микробиоты рендзин северо-западного Кавказа к затоплению водой 97
ГЛАВА 9. ОСОБЕННОСТИ ПЛОДОРОДИЯ РЕНДЗИН И ИХ АНТРО ПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ 101
ВЫВОДЫ 107
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 110
- О применимости термина «рендзины»
- Климат
- МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕНДЗИН РАЙОНА НОВОРОССИЙСК-ГЕЛЕНДЖИК
Введение к работе
Актуальность темы Рендзины - дерново-карбонатные почвы - в силу своей экологической интразональности встречаются во всех биоклиматических условиях, от тропиков до полярных областей, и везде эти почвы имеют как общие черты, так и общую интразональную специфику. На Северном Кавказе они занимают 1218 тыс. га. или 4,3% площади региона (Вальков, Штомпель, Тюльпанов, 2002). Почвы засушливой зоны субтропического редколесья и кустарников Черноморского побережья в районе Новороссийск - Геленджик имеют свою индивидуальность почвообразования. Это связано со средиземноморским типом биоклиматических условий, пересеченным рельефом низких гор, преобладанием известняков, мергелей и их элювия. В современной литературе вопросы экологии, генезиса и свойств рендзин района Новороссийск-Геленджик не освещены. Все рендзины Северо-Западного Кавказа до настоящего времени были представлены одним типом дерново-карбонатных почв. Однако экологическая специфика региона предопределяет необходимость выделения здесь особых почв, отличных от рендзин влажных лесов Кавказа.
Целью работы является определение специфики биологических и экологических свойств рендзин Черноморского побережья Кавказа по отношению к зональным почвам и рендзинам других территорий Северного Кавказа, и их изменение под воздействием антропогенных факторов.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи.
Анализ экологических условий почвообразования. Определение классификационного положения рендзин района Новороссийск-Геленджик.
Экологическая и генетическая оценка карбонатности рендзин.
Изучение гумусового состояния рендзин в изучаемом районе как важнейшей эколого-генетической характеристики почв.
Изучение эколого-биологических показателей почв региона, сформированных на разных лочвообразующих породах. Оценка влияния карбо-
5 натности горных пород на экологические, биологические и другие свойства почв исследуемой территории. 5. Определение степени антропогенной трансформации рендзин при сельскохозяйственном использовании и воздействии других факторов. Объекты, материалы и методы исследований. Объектом исследования выступают рендзины района Новороссийск-Геленджик. В результате полевых исследований на данных почвах было заложено и описано 27 почвенных разрезов: из них 10 заложено на коричневых почвах и 17 на ренд-зинах. Ряд разрезов исследовался в динамике. Проведенные исследования является комплексными, на стыке экологии и почвоведения. Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Практикум по почвоведению, 1986; Казеев и др., 2003). Определение численности микроартропод проводили совместно с профессором кафедры зоологии РГУ, д.б.н. А.А. Казадаевым и аспирантом кафедры зоологии РГУ Л.С. Везденеевой в почвенных образцах, ото-бранных послойно через 5 см (объемом 125 cmj). Экстракцию микроартропод проводили в воронках по методу J. Baiogh (1958) в течение 7 дней, без электрического обогрева. Численность бактерий учитывали методом посева почвенной суспензии на МПА, численность микромицетов учитывали методом посева почвенной суспензии на подкисленную среду Чапека. Содержание гумуса определяли по методу Тюрина, содержание карбонатов методом Шейблера, фракционно-групповой состав гумуса по методу Тюрина в модификации Понамаревой и Плотниковой (1975), гранулометрический состав определяли двумя методами; 1) метод Качинского (подготовка образцов к анализу по Качинскому), 2) метод Качинского с пирофосфатпой подготовкой образцов) (Вадюнина, Корчагина, 1986), величину показателя рН определяли потенциометрическим методом (Практикум по почвоведению, 1986), активность каталазы по методике Галстяна (1978), активность инвертазы по методике Галстяна в модификации Хазиева (1990), дыхание почвы по методике Макарова в модификации Казеева, Колесникова, Валь-Валькова (2003).
Личный вклад автора. В диссертацию вошли материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в результате полевых и лабораторных исследований (2003-2006 гг.) совместно с сотрудниками и аспирантами кафедр экологии и природопользования, почвоведения и зоологии РГУ. Результаты исследований и их анализ представлены в публикациях.
Научная новизна работы. В работе представлены новые подходы к экологической и таксономической оценке карбонатное и гумусового состояния рендзин, также предложны новые способы классификации рендзин по показателям содержания гумуса и карбонатов. Проведена сравнительная характеристика рендзин зоны сухих субтропиков с рендзинами более влажных лесных зон Кавказа и определено особое место рендзин исследуемого района в эколого-генетической классификации почв.
Практическая значимость. При оценке земельного фонда региона на всех административных уровнях рендзины в условиях средиземноморского климата представляют собой экологически особый тип почвообразования и являются почвами особой хозяйственной значимости. Картографические исследования и экологическая оценка почвенного покрова территории распространения этих почв предусматривает необходимость использования таксономических подразделений на уровне подтипа, рода и вида, учитывающих мощность, гумусное состояние и карбонатность отдельных почвенных индивидуумов. Показана особая ценность экологических условий района и экологических свойств рендзин для виноградарства.
Основные защищаемые положения. 1. Рендзины Черноморского побережья Кавказа формируются в особых экологических условиях и отличаются по свойствам и признакам от зональных почв района. Выделены рендзины особого типа свойственного средиземноморскому типу почвообразованию, переходному к коричне-
7 вым почвам и отличающегося от рендзин влажных гор и предгорий всего Северного Кавказа.
Генетические и экологические особенности формирования рендзин исследуемой территории определяют значительное варьирование содержания гумуса и карбонатов. Карбонатность почв и их скелетность необходимо учитывать при оценке содержания гумуса и других компонентов.
Высокое содержание карбонатов кальция не оказывает определяющего воздействия на биоту и биологическую активность рендзин.
Антропогенное воздействие на рендзины района Новороссийск-Геленджик приводит к резкой дегумификации и формированию значительной видовой и родовой изменчивости индивидуумов почвенного покрова. Ограничивающие факторы продуктивности рендзин: мощность корнеобитаемой толщи до плотных пород, каменистость профиля и содержание в нем карбонатов кальция.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научных конференциях аспирантов и молодых ученых РГУ (Ростов ы/Д, 2004; 2005), на Молодежной научной конференции «Экологические проблемы в сельскохозяйственном производстве» (п. Персиановский, 2003), на Ежегодной Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2004: 2005, 2006), на научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону— Абрау-Дюрсо, 2004, 2005), на Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические и социально-экономические аспекты развития предгорной зоны Северного Кавказа» (Белореченск, 2005), на Международной научной конференции «Устойчивость наземных и водных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006), на Международном конгрессе почвоведов (Филодельфия, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ. Доля участия автора в публикациях составляет 50%.
8 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 121 листе печатного текста; состоит из введения, 9 глав, выводов, списка литературы; содержит 41 таблицу и 20 рисунков. Список литературы включает 114 источников.
Автор глубоко признателен за помощь в работе научному руководителю д.б.н., проф. В.Ф. Валькову, а также д.г.н. К.Ш. Казееву, д.с.-х.н, СИ. Колесникову, д.б.н. А.А- Казадаеву, аспирантам РГУ Л.С. Везденеевой, М.А. Репях, И.Ю. Морозовой и всем сотрудникам кафедры экологии и природопользования РГУ.
О применимости термина «рендзины»
Следует признать, во многих учебниках и других публикациях термины «дерново-карбонатные почвы», «перегнойно-карбонатные почвы», «рендзины» преподносились как синонимы, называя почву дерново-карбонатной или перегноило -карбонатной, в скобках указывалось, что это рендзина (Почвоведение, 1975; Вальков, 1977 и др.).
Однако в отечественных классификациях перегнойно-карбонатные почвы стали ассоциироваться с дерново-карбонатными и рассматривались в одном ряду с дерновыми почвами. Сами же дерновые почвы формируются на различных породах, как карбонатных, так и не карбонатных. А среди дерновых почв, как особый тип стали выделяться дерново-карбонатные почвы именно на любых карбонатных породах во влажно-лесных условиях. То есть дерново-карбонатная почва может образовываться и на карбонатной глине и на элювии известняков и мергелей. Однако в первоначальном понимании Н.М. Сибирцева - рендзина - это почва, связанная с известняком и мергелем.
Термин «перегнойные», как аналог гумусированности все более теряет значение и приобретает смысл гумусированнои темноцветности, но при повышенном увлажнении. В последней Классификации и диагностике почв России (2004) этот тип гумусового горизонта определяется так: «Н -перегнойный. Темно-коричневый до черного цвета, мажущейся консистенции... Состоит из сильно разложившихся утративших исходное строение растительных остатков... Содержание органического вещества 25 % от массы горизонта». Выделяются еще и перегнойно-темногумусовые горизонты с содержанием гумуса 10-25 %, типичные для высокогорных территорий. Таким образом, в современных условиях применять термин «перегнойные» к почвам на известняках нет основания. А как быть с термином дерновые? В Толковом словаре по почвоведению 1975 года рендзины трактуются как «почвы, формирующиеся на маломощной толще продуктов выветривания известняков, доломитов и других плотных карбонатных пород в условиях промывного водного режима под лесной растительностью». При этом рендзины считаются синонимом дерново-карбонатных почв.
Понятие о дерново-карбонатных почвах, как о почвах с дерновым процессом на сильнокарбонатных породах, прочно вошло во второй половине XX века в отечественное почвоведение. Темноцветные хорошо гуму-сированные почвы на известковых и мергелистых породах большое распространение имеют на Северном Кавказе под лесами без травянистого покрова, хотя они традиционно называются дерново-карбонатными.
В Классификации и диагностике почв Юга России (Вальков, Колесников, Казеев, 2002) дерново-карбонатные почвы и рендзины трактуются как синонимы. Такое понимание нашло отражение и в учебнике Почвоведение (почвы Северного Кавказа (Вальков, Штемпель, Тюльпанов, 2002), хотя применять термин «дерново - » к почвам генетически высокоорганизованным, но без участия трав в почвообразовании не вполне уместно.
В связи с этим целесообразно принять положение Б.Г. Розанова: «Рендзины - это темноокрашенные глинистые почвы... на плотных карбонатных породах (известняках, мергелях, мраморах, мелах)» (Розанов,1988).
Это положение Б.Г. Розанова предполагается понимать как основополагающее. Однако абсолютизировать его не следует. В классификационной теории и практике широко распространены почвы на элювии известняков в степных регионах, например, в Крыму, в Ростовской области и др. В региональном понимании - это не что иное, как черноземы неполнораз-витые, хотя, следуя концепции Б.Г. Розанова, такие почвы можно назвать и рендзинами. Таким образом, применение термина «рендзины» правильно, но далеко не однозначно по мнению многих исследователей.
Климат
На территории Северного Кавказа в связи с разнообразием комплекса физико-географических условий и характера рельефа можно проследить различные типы климата. На Черноморском побережье Кавказа выделяются климаты сухих и важных субтропиков.
Согласно физико-географическому районированию Северного Кавказа (НА. Гвоздецкий, Т.А. Смагина, 1986) район Новороссийск-Геленджик относится к Анапа-Геленджикскому округу, входящему в состав Северо-Черноморской провинции, занимающей северную часть Черноморского побережья от Анапы до Туапсе. Этот район является самым крайним, северным районом сухих субтропиков на Северном Кавказе, со своими климатическими особенностями. Наиболее характерная черта округа, по мнению авторов - средиземноморский режим климата, с сухим теплым летом и дождливой, сравнительно мягкой зимой.
Засушливость летнего периода, начинающегося в середине мая, he способствует химическому и биологическому выветриванию горных пород, в связи с чем материнской породой для почв служат непосредственно малопреобразованные карбонатные породы (известняки и мергели) и их щебенка, а не глинистый элювий, как это наблюдается восточней, во влажных регионах Кавказа.
На Черноморском побережье осень запаздывает, начинаясь в условиях субтропиков в конце ноября. Дожди учащаются и становятся более длинными. Зимний период, в связи со своей мягкостью, выделяется по датам наступления и окончания заморозков, и в различные годы может иметь различные сроки начала и окончания. В условиях мягкой зимы снежный покров отсутствует, либо держится несколько дней.
Важной чертой климата являются атмосферные осадки. В формировании режима осадков на территории Северного Кавказа большое значение имеет подстилающая поверхность, в связи с чем, осадки распределены крайне неравномерно. Кавказский хребет, простирающийся на юге территории, оказывает решающее влияние на распределение осадков. Количество осадков с поднятием в горы увеличивается примерно до высоты 3000м.
На Черноморском побережье Кавказа количество осадков достигает значительных величин. Его возрастание идет с севера-запада на юго-восток. Большое количество осадков в холодный период выпадает на Черноморском побережье Кавказа, где горы почти подступают к морю и ориентированы к влагонесущим потокам воздуха; от 452 мм на севере до 800мм на юге. На Черноморском побережье Кавказа ярко выражен зимний максимум осадков, так называемый Средиземноморский максимум осадков, превышающий в 2 раза летние осадки. На северо-западе минимум осадков приходится на летние месяцы, и по данным метеостанций изучаемого региона (табл.8) составляют от 30 до 60 мм., увеличиваясь с запада на восток.
Водный режим можно оценить как периодически промывной, свойственный как коричневому субтропическому, так и черноземному субборе-альному типам почвообразования. Типична периодичность промывания почвы и коры выветривания атмосферными осадками в годовых циклах колебания суммы осадков. Сезонное зимнее увлажнение предполагает сосредоточение процессов промывания почвы от легкорастворимых солей, возникающих в процессе почвообразования и присутствующих в почвообра-зующей породе именно в холодный зимний период. Тогда как летние дожди обеспечивают увлажнение профиля почв на определенную глубину, соответствующую объему дождя, и является необходимой основой жизнеобеспечения травянистых биоценозов.
В тоже время летняя сухость климата исключает ферраллитные явления, свойственные влажным условиям субтропиков, хотя температура этому благоприятствует. Важнейший фактор почвообразования - отсутствие промерзания почвы, что и определяет круглогодовую, но разную по интенсивности, биологическую активность и постоянную циркуляцию растворов. Как результат - повышенный уровень внутрипочвенного оглинивания по сиаллитному типу выветривания. Типичная черта - метаморфическое увеличение глинистой почвенной массы.
Морфологические особенности рендзин района новороссийск-геленджик
При изучении почвенного покрова района Геленджик-Новороссийск нами были описаны рендзины неполноразвитые с мощностью почвенного профиля сорок сантиметров, и рендзины типичные мощностью от шестидесяти до 90 сантиметров. При изучении внешних признаков данных почв особое внимание привлекает окраска почвенного профиля, и особенно горизонта А. Практически во всех разрезах во влажном состоянии горизонт А окрашен в темно-серый цвет, который при подсыхании почвы заметно осветляется, приобретая оттенок мергеля, то есть можно предположить, что окраска почвы во многом объясняется не развитием гумусообразования, а цветом исходной материнской породы - элювием мергеля.
В почвенном профиле рендзин неполноразвитых мы выделяли по два генетических горизонта А и AD общей мощностью до сорока сантиметров бурно вскипающих от 10% соляной кислоты, с поверхности. Структура горизонта А этого подтипа рендзин в данном регионе в основном выражена нечетко и представлена совокупностью комковатых отдельностеи различных размеров вперемешку с зернистыми и порошистыми. Сложение почвы горизонта представляется как рыхлое, тонкопористое и тонкотрещиноватое. Содержание обломков каменистой породы в толще горизонта варьирует от двух до двадцати процентов, с размерностью от одного сантиметра и более.
Горизонт AD в сухом состоянии имеет светло-серую окраску с белесым оттенком. Структуру горизонта составляют комковатые, зернистые и поро-шистые агрегаты в различном процентном соотношении. В некоторых случаях структуру определить достаточно сложно, так как она может быть представлена сплошной массой мелких частиц. В этом горизонте происходит резкое увеличение содержания обломков карбонатной породы до 50%. Сложение горизонта AD в большинстве разрезов является плотным. Гранулометрический состав обоих горизонтов почвенного профиля рендзин неполноразвитых изучаемого региона является тяжелосуглинистым.
В общем же можно сказать, что рендзины неполноразвитые изучаемого региона обладают хорошо гумусированьтм профилем отличного сложения. Однако в целом главная экологическая неблагоприятность - малая мощность рухляковой толщи, которая обусловливает слабое водонакопле-ние и сухость почв, а также провоцирует поверхностный сток. Генетический профиль рендзин типичных, повсеместно распространенных в данном регионе на вершинах низких гор, на их склонах, а также на холмистых межгорных участках занятых в основном сельскохозяйственными полями и пастбищами, схематично представляется в виде трех генетических горизонтов А, АВ и С общей мощностью от 60 до 90 семидесяти сантиметров. Горизонт А во всех случаях имел светло-серую окраску, темнеющую при увлажнении придавая почвенному профилю резкую дифференциацию по цвету. Структура горизонта А в различных разрезах не одинакова и может быть представлена агрегатами различных размеров: глыбистыми, комковатыми и порошистыми. Сложение горизонта является рыхлым, тонкопористым и тонкотрещиноватым.
Горизонт АВ мощностью от 15 до 25 сантиметров слабо затронут процессом гумусообразования, и имеет светло-серую окраску с белесым оттенком. Структура горизонта встречается комковато зернистая и комковато-порошистая, при высыхании почвенной массы иногда образуются глыбы. По сложению горизонт может быть рыхлым или уплотненным с наличием мелких пор. В толще горизонта могут находиться обломки карбонатной породы от 20 до 30% бурно вскипающих при взаимодействии с 10% соляной кислотой.
Горизонт С в сухом состоянии характеризуется светло-серым белесым цветом. Также наблюдается полное отсутствие корешков травянистой растительности. Структуру горизонта четко определить нельзя, так как он представляет собой сплошную массу, состоящую из пылеватых частиц и камней элювия. Для этого горизонта при подсыхании характерно образование глыб высокой твердости и прочности. На гранях глыб в сухом состоянии иногда встречались слабовыраженные пятна окиси железа.
Отмечается также повышенное развитие мезофауны в виде дождевых червей и раковин моллюсков размером менее 0,5см. Характерна высокая карбонатность и бурное вскипание по всему профилю. Для сухих субтропических условий черноморского побережья следует отметить слабую мощность толщи накапливающей влагу, то есть для типичных полевых культур рендзины типичные района Геленджик-Новороссийск с мощностью почвенного профиля до 90 сантиметров ксерофитны. В то же время это прекрасный субстрат для виноградников.
