Содержание к диссертации
Введение
1. Физико-географические условия и факторы почвообразования долины маныча 12
1.1 История изучения каштановых почв сухих степей долины Маныча 12
1.2 Геологическое и тектоническое строение, рельеф и почвообразующие породы 18
1.3 Климат 28
1.4 Гидрологический режим 43
1.5 Гидрохимический режим 47
1.6 Растительность 51
1.7 Хозяйственная деятельность 54
1.8 Причины комплексности почвенного покрова 59
2. Материалы и методы исследований 64
2.1 Характеристика района исследований 64
2.2 Методы полевых исследований 66
2.3 Методы лабораторных исследований 70
2.4 Методика бонитировки почв 72
2.5 Методика интегральной оценки степени деградации почв 74
3. Изучение слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса долины маныча 78
3.1 Особенности морфологического строения слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса 80
3.2 Физико-химические свойства слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса 85
3.3 Макроэлементный состав слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса 88
3.4 Формирование и функционирования слитого каштаново солонцового почвенного комплекса 93
4. Исследование изменений основных почвенных показателей сухих степей долины маныча под влиянием хозяйственной деятельности 97
4.1 Деградация почвенных показателей района исследований под воздействием пастбищной нагрузки 97
4.2 Изменение содержания гумуса 102
4.3 Изменение мощности гумусовых горизонтов 109
4.4 Изменение плотности почв 113
4.5 Изменение запасов гумуса 118
4.6 Изменение засоленности почв 122
5. Оценка деградации каштановых почв долины маныча под влиянием хозяйственной деятельности ... 129
5.1 Бонитировка почв района исследований 129
5.2 Оценка степени деградации каштановых почв района
5.3 Сравнительная характеристика почвенных показателей в различные периоды землепользования и рекомендации по улучшению состояния каштановых почв долины Маныча
Заключение 148
Литература
- Гидрохимический режим
- Методы лабораторных исследований
- Макроэлементный состав слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса
- Изменение мощности гумусовых горизонтов
Гидрохимический режим
Результатом поездки явились широко известные труды Палласа по описанию Крыма, окрестностей нижней Волги и Северного Кавказа (Материалы..., 1940). Интересовался также Петр Симонович уровнем стояния Каспийского моря и очертанием прежних его берегов (Миноранский, 2003).
Следующая крупная экспедиция в район Манычских степей состоялась в 1853-57 гг., под руководством академика Карла Максимовича Бэра для исследования условий рыболовства на Каспийском море. Она была снаряжена Русским Географическим обществом совместно с Министерством государственных имуществ. (Миноранский, 2003).
Выезды экспедиции на Маныч установили факт отдельного существования р. Восточный Маныч и то, что между Восточным и Западным Манычами весной существует сообщение, а во влажные годы Восточный Маныч не теряется, как обычно, в прикумской степи, а доходит до Каспия. Это дало повод возникновения проекта о соединении Азовского и Каспийского морей постоянным судоходно-ирригационным каналом, протяженностью 640 км (600 верст) (Богучарсков, 2006; Богучарсков, Князев 2012).
Начало почвенному исследованию долины Маныча заложил основоположник русского генетического почвоведения В.В. Докучаев.
В. В. Докучаев впервые посетил Северный КавкаК в 187в г. В 8Русском черноземе» (с. 339) он писал: «Крым и Кавказ - эти благодатные уголки России - еще до сих пор являются перед нами в почвенном отношении... совершенным terraincognita...» Он очень подробно характеризует условия почвообразования и почвы Северного Кавказа. На почвенной карте черноземной полосы Европейской России, составленной им в 1883 г., Докучаев выделил на территории Северного Кавказа черноземы, содержащие 4-7 % гумуса, которые занимают главным образом территорию Нижнего Дона и Предкавказья, и черноземы, содержащие 7-10 % гумуса, которые встречаются преимущественно в возвышенной части Ставропольского плато и Пятигорья. Такое географическое размещение черноземов на Северном Кавказе подтвердилось всеми последующими исследованиями по географии почв этого региона. Таким образом, первые научные данные о почвах юга России принадлежат именно В. В. Докучаеву (Безуглова, Хырхырова, 2008).
Таким образом, Докучаевым были заложены научные основы картографии и география почв. Пользуясь разработанной им методикой, Докучаев установил и описал большую часть известных в настоящее время типов почв - подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые, солонцы, красноземы. Он предложил также первую научную генетическую классификацию почв. По инициативе и под руководством Докучаева были составлены и первые научно обоснованные почвенные карты отдельных уездов и губерний Европейской России, крупно-, средне-, и мелкомасштабные и обзорная карта Европейской России в масштабе 1 :2500000, вышедшая в свет в 1901 году составлении этой последней карты принимали участие ученики Докучаева Н. М. Сибирцев, А. Р. Ферхмин и Г. И. Танфильев.
Последокучаевский этап развития почвоведения можно разделить на отдельные периоды, характеризующиеся различной интенсивностью и сменой акцентов (Крупеников, 1981). Наиболее продуктивными оказались конец 1930-х - начало 1950-х гг. XX века. Именно тогда были развернуты широкомасштабные региональные картографические исследования по всей стране, в том числе и на Северном Кавказе.
К первой половине XX столетия относятся также труды ботаника И.В. Новопокровского. В них дано ботаническое районирование Ростовской области, описана флора и растительность отдельных территорий, в том числе и степей в районе озера Маныч-Гудило. В работе И.В. Новопокровского (1921) на приложенной карте растительности вдоль долины Западного Маныча показан длинный выступ («язык») ксерофильной злаковой степи, заходящий далеко на запад в районы менее ксерофильной разнотравно-злаковой степи.
В 1929 и 1931 гг. опубликованы работы И.В. Новопокровского, специально посвященные растительности и почвам долины Западного Маныча в среднем его течении и растительности прилегающих к ней водораздельных пространств. В этих работах И.В. Новопокровский называет растительность надпойменных террас «низменной степью» и отмечает, что она отличается от водораздельных степей большей ксерофильностью, более резко выраженной комплексностью растительного покрова и наличием галофильных сообществ в составе комплексов.
С.А. Захаров разработал классификацию почв, которая явилась значительным вкладом в развитие теории генезиса почв юга России (1939, 1946). В период с 1936 по 1940 год под его руководством, редакторской правкой, личным написанием отдельных больших разделов была подготовлена и издана в четырех книгах коллективная монография «Почвы Ростовской области и их агрономическая характеристика» и почвенная карта области в масштабе 1: 500000 (Безуглова, 2001; Безуглова, Хырхырова, 2008).
В предвоенный период широко развернулись работы по крупномасштабному картографированию. Составлялись почвенные карты масштаба 1:25000 и 1:50000. В этих работах принимали участие ученики С. А. Захарова, А. М. Панкова, С. И. Тюремнова, И. А. Шульги.
Сразу после войны, в 1947-1948 гг., в связи с проектированием Волго-Донского судоходного канала и разработкой проекта орошения большой территории Сало-Манычских степей была организована Донская почвенная экспедиция под руководством профессоров МГУ В. В. Геммерлинга, Д. Г. Виленского и Н. А. Качинского (Безуглова, 2001; Безуглова, Хырхырова, 2008).
Методы лабораторных исследований
Сухостепная зона Ростовской области занимает южные и юго-восточные районы (Ремонтненский, Орловский, Зимовниковский, отчасти Заветинский). Зональным типом почв является каштановый. Встречаются подтипы каштановых, темно-каштановых, светло-каштановых почв, а также тип лугово-каштановых. Они представлены следующими родами: карбонатные, солонцеватые, солончаковатые.
Среди засоленных типов почв отмечены солонцы каштановые и солончаки. Следует отметить, что часто незасоленные каштановые почвы залегают в комплексе с засоленными, что приводит к образованию каштаново-солонцовых почвенных комплексов. Как правило, степные каштаново-солонцовые комплексы включают от 3 до 5 разновидностей почв (Ильина, Невидомская, 2007, Ильина и др. 2010; Ильина и др., 2011).
Среди причин комплексности почвенного покрова большинство авторов выделяют следующие: сложный мезо- и микрорельеф, бессточность территории, ее слабая дренированность, неравномерное первоначальное распределение солей в грунте, деятельность землероев и, как следствие, пятнистое распределение растительности и почв (Жандаров, 2000; Безуглова, Хырхырова, 2008; Ильина, Невидомская, 2007, Ильина и др. 2010; Ильина и др., 2011; Ковда и др. 2013; Ильина и др. 2014)..
В долине Маныча развит микро- и мезорельеф. Основными характеристиками форм мезо- и микрорельефа являются падины, западины, степные блюдца, представляющие собой замкнутые понижения, располагающиеся на равнинной территории (Молодкин, 1986).
В литературных данных встречаются различные мнения о происхождении первичных неровностей поверхности, в которых скапливается влага и происходит вымывание солей и просадка грунта. Так, некоторые исследователи склоняются к зоогенной гипотезе, отмечающей роль землероев (в основном, сусликов) в формировании первичных неровностей рельефа (Абатуров, 1985). Однако, результаты наблюдений за фауной грызунов Орловского и Ремонтненского районов Ростовской области, выполненные в период 2008-2014 гг. сотрудниками Северо-Кавказской противочумной станции, говорят о существенном снижении численности суслика в долине Маныча за последние годы до 60% от численности, наблюдаемой в 1987-1990 гг. (Отчет..2014; Миноранский, 2003).
Существует гипотеза, высказанная Большаковым (1937), что задержание или неравномерное распределение влаги, приводящее к суффозионным процессам, может быть вызвано разнообразными причинами: более высокой растительностью, задерживающей снег, деятельностью землероев, нарушающей поверхность созданием бугорков и впадинок, задерживающих влагу, или нарушением поверхности крупными животными, деятельностью человека и другими процессами, приводящими к нарушению поверхности.
В условиях затрудненного поверхностного стока на плоских водоразделах, выположенных склонах и террасах формируется пятнистая западинно-бугорковая структура почвенного покрова; по склонам долины Маныча, Чира, Сала и их притоков - струйчато-ложбинная и струйчато-ложбинно-бугорковая, осложняемая проявлением эрозии (Гаврилюк, 1955; Вальков, 1977).
Следует отметить, что при возрастающей аридизации климата последних лет зональные почвы сухостепной зоны приобретают значительную солонцеватость и солончаковатость. В условиях сухой степи скудное увлажнение положительных элементов поверхности, в сочетании со значительным промачиванием отрицательных форм в результате стока с прилегающей поверхности являются основной причиной формирования высококонтрастной структуры почвенного покрова и интенсивной дифференциации сопряженной с ней растительности (Минкин, Калиниченко, Садименко, 1986). Атмосферные осадки в зоне сухостепных ландшафтов являются одним из ключевых источников почвенной влаги. Летние осадки, выпадающие преимущественно в виде интенсивных ливней при сильных порывах ветра, а также при высокой температуре воздуха, не являются фактором, позволяющим накапливать запасы влаги в почве (Хрусталев и др., 2002).
Наиболее благоприятным периодом для накопления влаги является холодный период года. Основным источником воды для почв являются весенние талые воды и осенние осадки (Хрусталев и др., 2002;).
В силу этого западины получают около 330 мм, или 250% всей суммы осенне-зимне-весенних осадков, микросклоны - 145 мм, или около 100%, а микроповышения - 80 мм, или 60%
Кумо-Маныческая депрессия располагается между Восточно-Европейской равниной и Прикаспийской низменность, которая представляет собой плоскую аллювиально-озерную бессточную низменную равнину, центральная часть которой занята крупными солеными озерами: Маныч-Гудило, Грузское, Лебяжье, Лопуховатое и др. (Молодкин, 1986).
Поверхностные и почвенно-грунтовые воды оказывают разностороннее влияние на процессы почвообразования и, прежде всего на формирование водного режима почв сухих степей долины Маныча.
Подземные воды рассматриваемой территории находятся в меловых, третичных и четвертичных отложениях. Они залегают отдельными ярусами и нередко гидравлически связаны между собой.
Подземные воды являются основным источником хозяйственного водоснабжения в пределах района, залегают на глубинах 0,5-3 м в понижениях рельефа, а также на глубинах 6-12 м на водораздельных участках. По качеству выделяются воды сульфатные, хлоридные, хлоридно-сульфатные, сульфатно-хлоридно-кальциевые и магниевые с общей минерализацией от 0,43 до 3,94 г/л, а в некоторых случаях до 7-12 г/л (Садименко, 1974; Минкин и др. 1986). Грунтовые воды приурочены к прослоям и невыдержанным по площади линзам разнозернистых песков. Воды залегают на глубинах от 3-5 м в понижениях (лиманах, падинах, песчаных равнинах) до 15-20 м на возвышенных участках. Питание вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков (с октября до мая) на участках обнажения песчаных отложений или неглубокого их залегания. Сильная засоленность и плохая промытость каспийских осадков, наличие солончаков, соленых озер и соляных куполов обусловливают высокую минерализацию грунтовых вод (от 10 до 300 г/л и более). Пресные и слабосолоноватые воды (1-3 г/л), образующиеся путем инфильтрации атмосферных осадков, залегают преимущественно по внешней окраине Кумо-Маныческой впадины.
Соли, приносимые с грунтовыми водами и концентрирующиеся в них, являются источником засоления почв и, чем выше минерализация грунтовых вод, тем интенсивнее идет засоление почв.
Практическое использование водоносного горизонта осуществляется шахтными и трубчатыми колодцами (Минкин, 1980).
С развитием орошения процессы выветривания почвообразующих пород усиливаются, особенно в пределах верхних горизонтов. В большинстве случаев пригодные для орошения повышенные массивы, сложенные мелкими породами, перекрыты в понижениях тяжелыми почвогрунтами, естественная дренирующая способность которых весьма слабая (Садименко, 1970).
В условиях орошения они будут способствовать широкому распространению подъёма грунтовых вод и развитию явлений заболачиваемости и вторичного засоления, которые могут быть предотвращены лишь сооружением искусственного дренажа.
Макроэлементный состав слитого каштаново-солонцового почвенного комплекса
Данное явление характерно для солонцов и каштановых солонцеватых почв из-за сложной картины проявления карбонатности в профиле почв, которая, с одной стороны, свойственна почвообразующим породам района исследования, а с другой, накопление карбонатов происходит перманентно путем поднятия из минерализованных грунтовых вод и /или путем вмывания в нижние горизонты сверху (Вальков, 2008; Панов, 1972).
Это не означает, что все остальные компоненты оставались неподвижными, а говорит лишь о том, что скорость их миграции неизмеримо ниже по сравнению с выносом щелочноземельных элементов (Са и Mg).
В результате полученных данных химического состава почв, последовательность выноса элементов при формировании верхних элювиальных горизонтов солонца каштанового имеет вид: Ca, Mg, Al, Fe, K. Последовательность участия макроэлементов в накоплении носит вид: Si, K, отчасти Р. При формировании нижних карбонатных горизонтов последовательность выноса уменьшается в отношении Са, Mg, при увеличении накопления Al, Fe, К и уменьшении Si. Для слитой каштановой почвы последовательность выноса имеет вид: Са , Mg, Fe, а накопления: Si, K, Р и А1.
Данные коэффициента миграции CaO+Mg0/Al203 показывают, что перераспределение окислов кальция и магния наиболее выражено по профилю солонца каштанового, где положение максимума карбонатов (Км=1,8) наблюдается в горизонтах BCAcS и BMCS, что сопряжено с выраженными элювиально-иллювиальными процессами (рис. 35). В слитой каштановой почве показатели коэффициента миграции нивелируются.
Наибольший интерес вызывает вопрос эволюции комплексности почвенного покрова сухостепной зоны. Теоретически можно представить три варианта: 1) подобная комплексность существовала изначально; 2) в первоначально однородном почвенном покрове локально развиваются пятна солонцов; 3) в первоначально однородном покрове локально начинается деградация солонцов (Ковда и др., 2013).
На основании анализа литературных данных и полученных нами результатов можно предположить следующий путь формирования изученного нами комплекса. Предположительно комплексность начала развиваться на первоначально более однородном солонцовом покрове. Сильные просадки в подобных почвах отсутствовали, поскольку их формирование затруднено высокой плотностью хвалынских глин. Поверхностная трещиноватость (от иссушения или слабых просадок) используемая землероями как готовые убежища ведет к формированию трещиноватых и перерытых участков. Затем эти участки легче осваиваются травянистыми растениями - житняком, типчаком и др. Совместное действие землероев и растительности (корневая система, растительные остатки) способствует разрушению солонцового горизонта.
Под пороями полевок и степных пеструшек происходит снижение границы вскипания и появления солей, что вызывает разрушение солонцового горизонта с потерей столбчатой структуры (Ковда, 1992). Это вызывает дальнейшие изменения в растительном покрове и усиливает процесс остепнения.
Количество поступающей влаги увеличивается благодаря усилению снегозадержания растительностью, усиливается промачивание, о чем свидетельствуют снижение величины сухого остатка и значений рН. Из-за высокой плотности глин дополнительная влага способствовала рассолонцеванию и остепнению, однако не приводила к углублению западины. Напротив, активность полевок способствовала формированию биогенных микроповышений. Описанные выше процессы привели к формированию двучленного комплекса с солонцом в микропонижениях и слитой каштановой почвой на микроповышениях (Ковда и др. 2013).
Элементарные почвообразующие процессы. В результате проведенных исследований выявлены основные элементарные почвообразующие процессы (ЭПП) характерные для почв исследуемого комплекса (таблица 5).
На фоне общего сходства наблюдаются современные процессы дифференциации почв. Дифференциация по лабильным свойствам, вероятно связана с более активной динамикой влажности почвы микроповышения: ее интенсивным увлажнением, а также последующим иссушением благодаря наличию крупных трещин. Таблица 5.
Основные элементарные почвенные процессы почв комплекса Элементарный почвенный процесс МикропонижениеСолонецкаштановый Микроповышение Слитая каштановая
Более сильное промачивание за счет снегозадержания усиливает рассолонцевание, что отражается в морфологических свойствах и относительно низких значениях рН верхнего горизонта. С другой стороны, наличие трещин может обеспечивать более сильное иссушение в средней части профиля, где как раз наблюдается более выраженное засоление в почве микроповышения, заметное по содержанию карбонатов кальция и сухому остатку водной вытяжки. Гумусонакопление в обеих почвах проявляется слабо, несколько более заметно в солонце микропонижения (Ковда и др. 2013; Ильина и др. 2014).
Таким образом, в результате проведенных исследований в структуре почвенного покрова на разных формах микрорельефа выявлена инверсия почвенных компонентов, при которой происходит формирование почвенного комплекса, состоящего из слитой каштановой почвы на микроповышении и солонца каштанового на микропонижении. Установлена слабая степень проявления слитогенеза в сухостепных условиях ограничивающаяся общей слитостью почвы, растрескиванием с формированием глыбисто-блочной структуры, наличием слабых сликенсайдов, но в тоже время с отсутствием признаков формирования клиновидной структуры.
Физико-химические показатели почв комплекса близки к зональным каштановым почвам. Анализ макроэлементного состава показал, что твердофазные профили почв характеризуются развитыми признаками, обусловливающими равновесную стадию элювиально-иллювиального почвообразования. Распределение макроэлементов по профилю почв связано с процессами оглинивания, что подтверждается данными гранулометрического состава.
Современные климатические условия на изученной территории не способствуют развитию признаков слитогенеза и процессов физических деформаций почв. Однако при увеличении увлажненности территории или подъеме уровня грунтовых вод можно ожидать активизации слитогенеза.
Изменение мощности гумусовых горизонтов
Бонитировка почв позволяет учитывать качество почв по их плодородию в относительных единицах - баллах. Именно поэтому при бонитировке почв выделяют относительные достоинства почв, определяя, во сколько раз данная почва лучше/хуже другой по свойствам и урожайности.
Для проведения бонитировочных работ необходимо подробное изучение всех свойств почв, наличие их классификации, сведений о структуре почвенного покрова территории. (Гаврилюк, 1977; Щеглов, 2008; Иванов, 2004).
В основе построения оценки почв лежит учение В.В.Докучаева о почве как естественно-историческом теле природы, генетические особенности и свойства которой определяют ее плодородие (Иванов, 2004).
Методика оценки почв ставит своей задачей, используя количественные характеристики важнейших свойств и генетических особенностей почв, дать сравнительную оценку многочисленным почвенным разностям по уровню их реального и потенциального плодородия между собой (Приложение В). На ее основе можно также по совокупности почвенного покрова отдельных полей, севооборотов и в целом по конкретному землепользованию произвести их соответствующую оценку (Иванов, 2004).
Бонитировка почв необходима для агропроизводственной группировки почв и решения практических вопросов их рационального использования. Она является завершающим этапом интегрированной оценки материалов полевых и лабораторных исследований почв и начальным, отправным моментом в решении многочисленных проблем прикладного характера, является основой экономической оценки земель.
балльной системы по 10 группам показателей свойств и особенностей почв. Каждая группа показателей в целях упрощения расчетов и удобства практического пользования условно принята равнозначной по характеру влияния их на плодородие. Однако такие важнейшие показатели как содержание гумуса и мощность гумусового горизонта почв нашли свое отражение и через степень смытости почв, что усилило удельный вес их влияние на оценку качества почв.
Оптимальные (максимальные) значения соответствующих показателей внутри каждой группы принимают равными 10 (Приложение В). По мере изменения их значений изменяется (уменьшается) и количество баллов в той пропорциональности, в которой происходит снижение плодородия почв по данному признаку или свойству (Иванов, 2004).
Отличительная особенность составления такой бонитировочной шкалы состоит в использовании нескольких признаков и характерных свойств почв внутри каждой группы показателей. Это дает возможность унифицировать бонитировочную шкалу и определять по каждой группе показателей усредненный балл, что позволяет сократить число ошибок и неточностей и повысить достоверность информации в случаях отсутствия того или иного конкретного, а чаще и единственного показателя.
В своей основе бонитировка отражает реальное и потенциальное плодородие почв. Чтобы перейти от баллов к фактической урожайности конкретной культуры и сорта, необходимо установить для них характер функциональных зависимостей и тесноту связей для различных уровней ведения сельского хозяйства. Этот вопрос выходит за рамки настоящих методических рекомендаций и требует выполнения дополнительных исследований.
Для определения бонитета группы почв применительно к исследуемому хозяйству, землепользованию или какому-либо земельному участку используют: 1) материалы почвенных исследований; 2) материалы агрохимических обследований; 3) материалы почвенно-мелиоративных и гидрогеологических изысканий; 4) справочную агрометеорологическую литературу; 5) зональную почвенно-агрохимическую литературу.
Сумма баллов по 10 группам показателей и будет определять соответствующий бонитет конкретной почвы.
Определение бонитета группы почв. При определении бонитета конкретного поля, участка, севооборота и т.д. Возникает необходимость вычисления средневзвешенного бонитета земельного массива, который рассчитывается по формуле (1).
Аналогичным путем определяют, если в этом возникает необходимость, и средневзвешенный бонитет конкретной почвы по различным обособленным контурам в пределах землепользования (Приложение В).
Ниже приводим оценочные шкалы свойств почв в баллах по 10 диагностическим группам показателей в закрытой 100-балльной шкале. Опыт оценки почв по данной методике позволяет учитывать большую совокупность свойств почв с учетом удельного веса их основных показателей - содержания гумуса, мощности гумусового горизонта и др. (Приложение В).
Методика понятна и удобна для практического пользования. Анализ пространственного распределения баллов бонитета показал, что наилучшим качеством отличаются почвы эталонных участков с практически полным отсутствием антропогенной деятельности (60-70 баллов) (рис.48).