Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Экологическая роль структуры для поддержания плодородия почвы (обзор литературы). 7
1.1. Роль растений в структурообразовании 7
1.1.1. Роль многолетних трав в формировании структуры почв . 11
1.1.2. Влияние однолетних культур на структуру почв 14
1.1.3. Значение травосмесей 17
1.2. Биолого-экологическая характеристика исследуемых растений 18
1.2.1. Виды растений семейства злаковых 19
1.2.2. Виды растений семейства бобовых 24
1.3. Структура почвы и се экологические функции 28
1.3.1. История изучения почвенной структуры 29
1.3.2. Формирование структуры и ее роль в оптимизации физических параметров плодородия почвы 33
1.4. Роль гумусовых веществ в структурообразовании 41
1.5. Роль микроорганизмов в образовании гумуса и в структурообразовании 47
1.5.1. Особенности корневых выделений 51
1.5.2. Изменение микросреды в пахотных почвах 53
1.6. Факторы разрушения почвенной структуры 55
1.7. Мероприятия по улучшению структурного состояния почвы . 59
ГЛАВА 2. Экологические условия зауралья РБ 64
2.1. Климат 64
2.2. Рельеф 66
2.3. Поверхностные воды 68
2.4. Флора и растительность 69
2.5. Почвообразующие породы 74
2.6. Почвы и их современное экологическое состояние 75
ГЛАВА 3. Объекты и методика проведения исследований 88
ГЛАВА 4. Опыт изучения фитомелиоративного эффекта разных видов трав 90
4.1. Биологическая продуктивность разных видов трав на черноземах Зауралья Республики Башкортостан 90
4.1.1. Особенности формирования надземной фитомассы трав на разных подтипах чернозема 90
4.1.1.1. Морфометрические параметры растений 95
4.1.2. Формирование подземной фитомассы 99
4.2. Влияние разных видов трав на агрофизические свойства черноземов Зауралья Республики Башкортостан 105
4.2.1. Плотность и пористость почвы 105
4.2.2. Структурно-агрегатный состав почв 113
4.2.2.1. Структурный состав почвы 114
4.2.2.2. Водопрочность структурных агрегатов 121
4.2.2.2.1. Водопрочность структуры по методу Саввинова 121
4.2.2.2.2. Водопрочность структуры по методу Андрианова 124
4.3. Влияние содержания гумуса на водопрочность структурных агрегатов 130
ГЛАВА 5. Состояние ризосферной микрофлоры под разными видами трав 132
5.1. Стабильность микробных сообществ в ризосфере разных видов трав 133
5.2. Биоразнообразие и выравненпость микробных сообществ в ризосфере трав 135
Заключение и выводы 144
Практические рекомендации 146
Литература 147
Приложения 173
- Формирование структуры и ее роль в оптимизации физических параметров плодородия почвы
- Мероприятия по улучшению структурного состояния почвы
- Особенности формирования надземной фитомассы трав на разных подтипах чернозема
- Биоразнообразие и выравненпость микробных сообществ в ризосфере трав
Введение к работе
Актуальность темы. Длительная интенсивная эксплуатация сельскохозяйственных угодий Зауралья Республики Башкортостан (РБ) привела к деградации агроэкосистем, особенно пахотных почв: произошли дегумификация и общее ухудшение комплекса агрофизических свойств ценнейших зональных почв - черноземов, что ведет к обесструктуриванию, уплотнению почвы и развитию эрозионных процессов. В результате этих процессов снижается общая биологическая продуктивность агроэкосистем. В последние годы нарушенные почвы повсеместно выводятся из хозяйственного оборота, однако процесс восстановления оптимальных свойств почв происходит медленно. Необходимы меры по реабилитации деградированных почв и прежде всего - восстановление их утраченной структуры. Большим потенциалом для решения этих вопросов обладают растения-фитомелиоранты и в первую очередь многолетние травы.
Роли многолетних трав для формирования физического статуса плодородия почв посвящена обширная литература (Вильяме, 1939; Докучаев, 1949; Костычев, 1951; Вершинин, 1958; Лысак, 1970, 1981; Мукатанов, Харисов, 1996; Середа, 1996; Суюндуков, 2001 и др.). Однако анализу роли разных видов трав в восстановлении агрофизических свойств почвы уделено недостаточное внимание.
Цель работы: сравнительное изучение фитомелиоративной эффективности наиболее распространенных видов многолетних злаковых и бобовых трав в условиях черноземов Зауралья РБ. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Выявить характер формирования разными видами трав надземной и подземной фитомассы и ее распределения в верхних слоях почвы.
Изучить влияние некоторых видов многолетних трав из естественных растительных сообществ, а также сеяных трав на агрофизические свойства зональных подтипов чернозема.
Выявить зависимость функционального биоразнообразия и стабильности сообществ ризосферной микрофлоры от вида растений.
Оценить возможность использования фитомелиоративного потенциала многолетних трав для восстановления деградированных черноземов Зауралья РБ.
Научная новизна. Впервые в условиях степного Зауралья РБ изучена сравнительная фитомелиоративная структурообразующая эффективность разных видов растений для восстановления физических свойств почвы в широтном градиенте север-юг от выщелоченных до южных черноземов. Установлены количественные взаимосвязи между параметрами, формирующими структуру почвы и продуктивности растений.
Практическая значимость. Результаты исследований позволяют выработать рекомендации по использованию разных видов трав для воспроизводства плодородия почв в рамках адаптивной системы земледелия. Материалы исследований могут использоваться при преподавании курсов экологии, почвоведения, экологии почв в классических университетах, агроуниверситетах и педагогических вузах.
Организация исследований. Исследования проводились в рамках выполнения ГНТП Академии наук Республики Башкортостан «Состояние, устойчивость и продуктивность биологических систем Республики Башкортостан» (контракт 2/2-Б).
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на 12 научных конференциях, в том числе на Международных научно- практических конференциях «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2005), «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2006), «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006), на 10 Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2006), на Всероссийских научно- практической конференциях «Уралэкология - природные ресурсы - 2005» (Уфа-Москва, 2005), «Молодые ученые в реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа, 2006), «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК»» (Уфа, 2006), «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Йошкар-Ола, 2006), «Проблемы охраны и экологического мониторинга природных ландшафтов и биоразнообразия» (Пенза, 2006), на региональной научно-практической конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Южного Урала и Среднего Поволжья «Почвы Южного Урала и Среднего Поволжья: экология и плодородие» (Уфа, 2006), на научных конференциях профессорско- преподавательского состава Сибайского института (филиала) Баш госуниверситета (Сибай, 2005,2006).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 статей в т.ч. 1 статья в журнале, рекомендованной ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (286 наименования, в том числе 14 на иностранных языках) и приложения. Работа изложена на 178 страницах текста, включает 16 таблиц, 21 рисунок.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Суюндукову Я.Т., а также чл.-корр. АН РБ профессору Миркину Б.М., к.б.н. Юнусбаеву У.Б., доцентам Суюндуковой М.Б. и Семеновой И.Н. за консультации и оказанную практическую помощь в ходе выполнения и оформления работы.
Формирование структуры и ее роль в оптимизации физических параметров плодородия почвы
В литературе много сведений о влиянии структуры в различные другие свойства и режимы почв (Ревут, 1965; Балахчев, 1970; Бахтин, 1971; Карпачевский,1999; Суюндуков, 2001; Татаринцев и др., 2003).
В.П.Панфилов (1971) подчеркивал особо важное место структуры в числе физических свойств почв. Он отмечал, что со структурой почв связаны многие режимы почвы: водный, солевой, воздушный и тепловой. Физические способы повышения плодородия почв осуществляются главным образом через воздействие на их сложения и структуру. Агрономически и мелиоративно ценными агрегатами почв являются комковато-зернистые, устойчивые в воде агрегаты, состоящие из комплекса первичных механических элементарных частиц. Наиболее ценными структурными агрегатами, по В.Р.Вильямсу, А.Н.Соколовскому, Н.И.Саввинову, являются отдельности диаметром 1 - 10 мм (Ковда, 1973). Весовое процентное содержание в почве структурных агрегатов 0,25 мм важный показатель структурности почв. Отдельности диаметром частиц 0,001 мм не считаются структурными, они придают почве отрицательные агрономические и мелиоративные свойства. Почвы с хорошей водопрочной структурой способствуют повышению поглотительной способности, качества работ и снижению затрат на обработку ввиду уменьшения тягового сопротивления благодаря лучшему крошению (Суюндуков, 2001). Обобщая результаты ранее проведенных исследований, можно выделить следующие основные экологические функции структуры в обеспечении плодородия почвы: способствуя оптимальному строению (соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз) верхнего слоя почвы, структура создает нормальные условия для развития корневой системы растений, для жизнедеятельности всей почвенной биоты, комковато-зернистая водопрочная структура способствует энерго- и ресурсосбережению благодаря снижению связности почвы и, следовательно, тягового сопротивления почвообрабатывающим орудиям, а также повышению качества обработки почвы, структура почвы обеспечивает хорошую водопроницаемость, в результате улучшается впитывание воды и исключается поверхностный сток и смыв почвы, структурная почва благодаря высокой некапиллярной скважности и рыхлости уменьшает капиллярное передвижение и физическое испарение влаги с поверхности почвы, что способствует сохранению и экономному расходу влаги, а также предотвращает развитие процессов засоления, благодаря достаточно большому объему некапиллярных пор, в структурных почвах складывается благоприятный воздушный режим для развития корневой системы и почвенных микроорганизмов, комковато-зернистая структура способствует противостоянию почвы дефляции и водной эрозии. Процесс структурообразования происходит одновременно с формированием самой почвы в результате совокупного влияния природных экологических факторов. Особо большое значение в этом принадлежит живым организмам, а именно растениям и микроорганизмам, которые «производят» первичную биологическую продукцию и синтезируют специфическое почвенное вещество — гумус, способствующий «склеиванию» частиц и образованию комковато-зернистой структуры (Гельцер, 1955; Лазарев, Абрашин, 2000). Известно, что размеры и свойства почвенных агрегатов определяются соотношением и свойствами элементарных почвенных частиц различных размеров и различной породы (Воронин, 1986; Розанов, 1984; Татаринцев и др., 2003). Твердая фаза почвы, представляет собой полидисперсную систему, состоящую из частиц (механических элементов) различной величины. По В.А.Ковде (1973), разные фракции механического состава имеют различные свойства. Разное соотношение разных по размерам и качествам механических элементов определяет те или иные свойства почвы: водно-физические, физико-химические, физико-механические и т.п. В условиях естественного функционирования экосистем механические элементы почвы, как правило, находятся не в разделыючастичном состоянии, а, объединяясь, формируют структурные агрегаты различной формы и величины. Структурообразование происходит в процессе почвообразования в результате коагуляции и слипания первичных частиц и создания новых более крупных агрегатов. Обычно их размеры относительно малы (меньше 0,25 мм), и поэтому их называют микроагрегатами. Под влиянием механических воздействий, промораживания и высыхания, развития корневой системы и других воздействий почва может объединяться на более крупные агрегаты (размер 0,25-7 мм), состоящие из микроагрегатов; их называют макроагрегатами (Нерпин, Чудновский, 1967). Изучение экологических факторов образования и разрушения структуры связаны с именами В.Р.Вильямса, К.К.Гедройца, А.Н.Соколовского, А.Ф.Тюлина, И.Н.Антипова - Каратаева и их последователей. В.А.Ковда (1973) выделял следующие факторы образования структуры почвы. Физико - механические факторы. К ним относятся: 1. давление на гумусовый мелкозем (разрастание корней, движение животных и насекомых и т.д.); 2. попеременное набухание и сжатие почвенной массы с последующей усадкой и образованием трещин; 3. замерзание почвенной воды с увеличением объема и давления, сменяющееся оттаиванием льда и уменьшением давления; Однако эти структуры, возникающие только под влиянием физико-механических факторов, нестойкие в воде, так как не происходит изменения состояния почвенных коллоидов. Физико - химические факторы. Они связаны прежде всего с : 1. коагуляцией глинисто - коллоидных веществ находящихся в почве. Необратимая коагуляция приводит к образованию водоустойчивых агрегатов. 2. замерзанием и размерзанием, высыханием и деградацией почвенных гидрогелей с необратимой потерей ими воды и постепенной кристаллизацией. 3. гумусом (чем больше гумуса, тем выше структурность почв и водопрочность агрегатов). Химический фактор связан с накоплением в почвах нерастворимых и малорастворимых соединений (углекислого кальция, силикатов магния, железа) - способствующих цементации первичных механических элементов, их склеиванию и образованию водоустойчивых агрегатов. Биологический фактор связан с: 1. ролью органического вещества и микроорганизмов в образовании структуры почвы. Продукты жизнедеятельности микроскопических существ (бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, микроорганизмы) служат склеивающим веществом почвенных частиц в структурные элементы. Также некоторые микроорганизмы выделяют поверхностно-активные вещества, которые могут быть причиной обесструктуривания почв (Звягинцев, 1987; Звягинцев, Добровольская, и др., 1992). Аналогичные материалы имеются в работах Е.Н.Мишустина (1963, 1972, 1975),Е.Н.Мишустинаи др. (1981),
Мероприятия по улучшению структурного состояния почвы
Помимо растений в формировании почвы и ее структуры велика роль микроорганизмов. Они выступают как важное звено трофической цепи в экосистемах почвы, участвуя в процессах минерализации органического вещества и в гумификации. Выделения микроорганизмов способствуют склеиванию механических элементов почвы и формированию структуры. Почва очень богата микроорганизмами. Один грамм почвы по данным Е.Н.Мишустина (1963), содержит до 1-2 млрд. разнообразных почвенных микроорганизмов. На состав и распределение микроорганизмов в почве влияет механический состав почвы, тип почвы, условия погоды, произрастание растений и т. д. В почве развиваются микроорганизмы двух типов. Одни осваивают растительные остатки и накапливают в ней гумус, другие минерализуют этот почвенный гумус, а вместе с ним и клеящие вещества, придающие водопрочность почвенным агрегатам (Вершинин, 1958). В пределах почвенного профиля микроорганизмы распределены неравномерно: в местах, где наблюдаются скопление органических остатков (отмершие части растений, запаханная стерня и др.), на поверхности корней и в ризосфере наблюдается более интенсивное размножение микроскопических существ. Обогащение ризосферы микроорганизмами объясняется тем, что растения выделяют из корней в почву некоторое количество органических соединений (экзосома)- Сахаров, аминокислот и органических кислот. Общее количество органических соединений, поступающих путем экзосомы в почву, доходит до 5% от сухого веса растительной массы, выросшей за вегетационной период (Мишустин, 1963). Роль корней в жизни микроорганизмов не ограничивается только добавлением им питательных веществ. В зоне обильного скопления корней улучшаются физические свойства почвы. Почвенные частицы оказываются более оструктуренными в ризосфере растений. С оструктуриванием улучшается процесс дыхания корней и микроорганизмов, лучше сохраняется влага, поддерживается постоянная температура и т.д. (Красильников, 1958). Повышенное скопление микробов в прикорневой почве впервые отмечено Гильтнером в 1904 году. Он предложил термин ризосфера, при их изучении пришел к выводу, что скопление микробов обусловлено биологической активностью самих корней. К настоящему времени имеется достаточное количество исследований, подтверждающее это положение. Н.А.Красильников (1958), утверждает, что количественная разница микроорганизмов между ризосферной и неризосферной зоной обуславливаются видом растений и почвенно-климатическими условиями. Чем беднее почва органическими веществами, тем резче проявляется влияние корневой системы на количественный состав микрофлоры ризосферы. При сопоставлении микрофлоры ризосферы злаковых и бобовых растений отмечается некоторое превосходство в численности микробов у бобовых, но оно выявляется не всегда (Самосова, 1971). Корни мощных растений заселены микроорганизмами менее, чем корни слабо развитых (Березова, 1953, 1955; Самцевич, 1978). Вредное действие больших количеств микроорганизмов у корневой системы на рост и развитие растений Е.Ф.Березова объясняет различными причинами: при усиленном размножении микроорганизмов им не хватает пищи, содержащейся в корневых выделениях, они начинают потреблять питательные вещества клеток корней, переходя к паразитическому образу жизни. Чтобы этого не происходило, растения вырабатывают токсические вещества, ограничивающие размножение бактерий как вредных, так специфичных для своей микрофлоры. Максимальное количество микроорганизмов в ризосфере наблюдается при цветении растений. В дальнейшем микробная обсемененность ризосферы снижается, так как экзосмос к этому времени сильно падает (Мишустин, 1963; Самцевич, 1973). Г.А.Евдокимова (1975), отмечает, что в течение вегетационного периода микробная биомасса в почве многократно оборачивается, пульсациоиные колебания совершаются не только в течение месяца, но и суток. Изменения в короткие промежутки времени даже при постоянных внешних условиях связаны с закономерностями развития микробных популяций. Микроорганизмы почвы и ризосферы играют большую роль в питании растений. Они вызывают минерализацию органических веществ, а выделяя кислоты и СО , постепенно переводят многие минеральные соединения в форму, доступную для растений. Таким образом, потенциальное плодородие почвы под воздействием микробов становится эффективным (Мишу стин,1963).
На деятельность микроорганизмов большое влияние оказывает механический состав почвы. Исследования Е.Н. Мишустина (1972), показывают, что основная масса почвенных микроорганизмов (90-99%) топографически связана с твердой частью почвы. Это объясняется способностью твердых частиц почвы удерживать клетки микроорганизмов. В почве микроорганизмы наиболее активно поглощаются мелкими ее частицами (илом или песком). Поэтому, чем богаче этими частицами почва, тем сильнее она отсорбирует микробы. На поверхности твердых частиц могут быть отсорбированы не только микроорганизмы, но и ферменты. Это тоже сказывается на их активности. Некоторые почвенные частицы могут подавлять развитие микроорганизмов, что наиболее резко выражается в частицах, имеющих диаметр 0,125 мм (Мишустин, 1972).
Микроорганизмы способствуют созданию почвенной структуры. Продукты их жизнедеятельности склеивают почвенные частицы в структурные элементы. Такими веществами являются внеклеточные слизи полисахаридной или полипептидной природы, образуемые многими почвенными бактериями, дрожжами, водорослями. Микробные полимеры, связанные с глинистыми минералами, образуют стабильные водопрочные агрегаты (Звягинцев и др., 1992). О положительном влиянии корневых выделений растений на образование прочных агрегатов в прикорневом слое почвы наглядно свидетельствуют данные Т.С.Мальцева (1954). В почве происходит агрегация мелких частиц и образуются комочки большей или меньшей величины. Наблюдения показывают, что общая обсемененность микроорганизмами крупных агрегатов выше, чем распыленных мелких фракций. Е.Н.Мишустин (1972), объясняет это тем, что крупные агрегаты богаче органическими веществами, а значит, более пригодны для размножения микроорганизмов. В то же время Д.Г.Звягинцев с соавт. (1992) утверждают, что самые мелкие частиц (1-5 мкм) имеют большое количество адгезированных клеток, содержание которых выше в богатых гумусом и тяжелых по гранулометрическому составу почвах.
Д.Г.Звягинцев с соавт. др. (1992), считают, что в оструктуривании почвы особенно значима роль микроскопических грибов, так как грибы влияют на структуру не только посредством клеточных выделений, но и механически оплетают гифами почвенные частицы, скрепляя их. Д.Г.Звягинцев (1987) отмечает, что образование почвенного цемента -гуминовых веществ происходит также при участии грибов. Слизистые вещества чехлов, влагалищ и клеточных оболочек водорослей склеивают почвенные частицы, а переплетающиеся нити механически скрепляют их.
Таким образом, совокупность корневой системы с почвой представляет собой сложную экологическую нишу, заселенную различными микроорганизмами, среди которых имеются полезные, вредные, нейтральные для растений. Поэтому в определенной степени повышение плодородия почв связано с необходимостью управлять составом почвенных микроорганизмов (Соколов, Литвишко, 1993; Ермолаева и др., 1992; Воронин, 1998).
Особенности формирования надземной фитомассы трав на разных подтипах чернозема
В ложбинах с более обильным увлажнением встречаются участки луговых степей и остепненных лугов (чаще с преобладанием Calamagrostis epigeios), а также заросли степных кустарников Caragana fnttex, Spiraea crenata, S.hypercifolia, Cerasus fruticosa, Cotoneaster melanocarpus, Amygdalus nana. Также широко представлены гвоздика Андржевского {Dianthus andrzejowskianus), девясил шершавый {Inula hirta), истод хохлатый {Polygala comosa), кровохлебка лекарственная {Sanguisorba officinalis), лабазник вязолистный (Filipendula ulmarid), лабазник обыкновенный {Filipendula vulgaris), морковник обыкновенный {Silaum silaus), норичник шишковатый {Scrophitlaria nodosa), порезник сибирский (Seseli libanotis), тысячелистник обыкновенный {Achillea millefolium).
В южной части района исследования степные ассоциации представлены более ксерофитными вариантами, в частности, с участием Stipa korshinskyi и S.lessingiana (Куликов, 2005).
Из степных сообществ района лучше всего сохранились петрофитные степи, местами занимающие довольно значительные участки по вершинам и склонам увалов и сопок. Это оносмово-типчаковые степи с участием Stipa lessingiana и S. zalesskii. Видовой состав каменистых степей насыщен петрофитами. В составе этой группы василек карбонатный (Centaurea carbonata), вероника беловойлочная {Veronica incana), гвоздика иглолистная {Dianthus acicularis), лапчатка пепельная {Potentilla arenaria), оносма простейшая (Onosma simplicissima) и пижма тысячелистная {ТапасеШт millefolium) (Юнусбаев, 2000).
В исследуемом районе встречаются и комплексы солонцовых степей, чаще в местах с близким залеганием цветных глин. Для этих сообществ характерны полынь Лерха {Artemisia lerchiana), кермек Гмелина {Limonium gmelinii), полынь холодная {Artemisia frigida) и др.
Граница между степным Зауральем и горно-лесной зоной занята переходной зоной - полосой лесостепи. Степная растительность переходной зоны сочетается с участками леса. Основные лесообразующие породы: береза повислая {Betula pendula), осина (Populus tremuld), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), лиственница сибирская (Larix sibirica), ольха серая (Almis incana). Леса занимающие значительные площади региона приурочены к горным склонам с серыми лесными почвами. Склоны и вершины водораздельных хребтов, покрыты вторичными березовыми и осиновыми лесами, пришедшими на смену богатым травяным сосново-лиственичным лесам (Соломещ и др., 1993). Для долин рек и ручьев характерны мезофитные широколиственные леса на богатых луговых черноземах, в древесном ярусе которых доминируют ольха серая (Alnus incana) и черемуха обыкновенная (Padus avium). В речных поймах Сакмара и Урала встречаются заросли ивово-тополевых лесов и кустарников с доминированием ивы белой {Salix alba), тополя черного {Populus nigra), ивы корзиночной (Salix viminalis) и ивы трехтычинковой (Salix triandrd). Луга занимают незначительные площади и расположены в основном в поймах рек. Растительность прирусловой поймы представлена либо тальниковыми или тальниково-осокоревыми зарослями с гидромезофитным высокотравием, в преимуществе травяными сообществами - пырейными, пырейно-костровыми и пырейно-осоковыми лугами. В долине р.Таналык крупные площади заняты местами низинными осоковыми и ивовыми болотами на глубоких торфяниках и солончаковатыми лугами на черноземовидных почвах, вскипающих с поверхности. В плоских понижениях местами располагаются солончаковолуговые комплексы. Характерными растениями этих сообществ являются бодяк съедобный (Cirsium esculentum), клевер земляничный (Trifolium fragiferum) и подорожник наибольший (Plantago maxima). 2.5. Почвообразующис породы Краткую характеристику почвообразующих пород района исследований приводим по Ф.Х.Хазиеву и др. (1995). Пестрота почвенного покрова Зауралья РБ связана с составом почвообразующих пород и разнообразием геологических отложений. Предгорная полоса Зауралья сложена вулканогенными породами, такие же породы встречаются и в Хайбуллинском районе. Преобладающая часть региона представлена породами девонской системы. На юго-восточной окраине Учалинского района развиты магматические породы кислого состава. Отложения каменноугольной системы тянутся вдоль восточной окраины равнинных степей. На некоторых участках они перекрыты отложениями третичной и четвертичной систем. Разнообразие геологических отложений обусловливают богатство почвообразующих пород элементами питания растений, особенно микроэлементами, а в некоторых случаях тяжелыми металлами. Высокое содержание легкорастворимых солей от третичных морей, содержание полевых шпатов в составе вулканогенных и метаморфических пород, приводят к возникновению солонцов и солончаков. На карбонатных делювиальных и элювио-делювиальных отложениях сформировались черноземы обыкновенные, которые севернее сменяются выщелоченными черноземами. Эти отложения нередко соседствуют с кислыми продуктами выветривания глинистых сланцев, песчаников. Весьма специфичным является почвообразование на эллювии коренных горных пород. Выветривающиеся обломки горных пород служат постоянным источником пополнения почв основаниями и некоторыми элементами питания растений. При распашке эти в основном не полноразвитые черноземы, будучи каменистыми, сильнее нагреваются днем и больше иссушаются. В результате возникают целые ландшафты, отличающиеся более ксерофитными свойствами, чем обычно для данной зоны. Особое положение среди рыхлых пород занимает древняя пестроцветная кора выветривания. Отложения этой группы являются продуктами каолинового выветривания, содержащие вторично аккумулированные легкорастворимые соли, на которых формируются солонцеватые и южные черноземы.
Кроме палеозойских вулканических пород здесь широко распространены также четвертичные отложения. К ним относятся аллювиальные отложения, слагающие пойменные и надпойменные террасы, и русловой аллювий современных рек, озерные песчано-глинистые и гравий но-галечные грубообмолочные пролювиальные, а также суглинистые делювиальные склоновые отложения и элювиальные покровные образования (Хазиевидр., 1995).
В Зауралье Башкортостана Р.С. Кираев с соавт. (2004) предлагают выделить отдельную биогеохимическую провинцию, так как эта территория характеризуется разнообразием коренных почвообразующих пород и высоким содержанием в них микроэлементов и тяжелых металлов. Кроме того, большое влияние на загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами оказывают промышленные выбросы г. Магнитогорска (Фрид, Граковский, 1993).
Биоразнообразие и выравненпость микробных сообществ в ризосфере трав
В черноземе обыкновенном почти под всеми видами наблюдаются достоверные различия по слоям почвы. Исключение составляют кострец и житняк. Особенно ощутима разница между поверхностным (0-5 см) и нижележащим слоями. При этом зачастую в слоях почвы 5-10, 10-20 и 20-30 см плотность более выровнена. Так, под ковылем, козлятником, эспарцетом, озимой рожью и яровой пшеницей слой 0-5 см достоверно отличается от нижележащих слоев, в то время как слои 5-Ю, 10-20, 20-30 см существенных различий между собой по плотности не имеют.
В черноземе южном статистический анализ выявил отсутствие существенных различий плотности почвы по слоям под кострецом, житняком, ковылем, озимой рожью, яровой пшеницей. Под овсяницей достоверная разница наблюдается между слоем 0-5 см и нижележащими слоями (10-20 и 20-30 см), слои 5-10, 10-20, 20-30 см не имеют существенных различий по плотности (НСР05 =0,084 г/см3). Под пыреем слои 0-5, 5-Ю, и 10-20 достоверных различий не имеют, но слои 0-5 и 5-Ю см имеют существенную разницу по сравнению со слоем 20-30 см, которая является более плотной (НСРо5 = 0,14 г/см3). Под козлятником, люцерной и донником существенная разница обнаружена между слоем 0-5 см и нижележащими слоями, которые статистически между собой равнозначны (HCPos = 0,08; 0,07 г/см ). Под эспарцетом отмечены значительные колебания плотности почвы по слоям без определенной закономерности.
В черноземе выщелоченном в верхнем слое 0-5 см плотность колебалась от 0,8 г/см3 (под ковылем и донником) до 1,18 г/см3 (под озимой рожью) Сравнительный анализ почвы под разными видами трав по плотности показал достоверную разницу: зерновые культуры имели более высокие показатели плотности почвы по сравнению с травами. Ковыль, пырей, козлятник, люцерна, донник не имеют достоверных различий по плотности почвы, овсяница, эспарцет и кострец статистически достоверно превышают донник и ковыль (НСРо5= 0,098 г/см ). В слое 5-10 см под пыреем, козлятником и люцерной почва имела наименьшую плотность (1,00 1,01 г/см ), под озимой рожью - наибольшую (1,16 г/см ). Статистический анализ показал недостоверность различий между показателями. Для слоя почвы 10-20 см наименьшие показатели плотности (0,97 г/см3) имели ковыль, пырей, кострец, донник, и наибольший, как и для слоя 5-10 см, - озимая рожь. Дисперсионный анализ данных этого слоя показал, что зерновые культуры, люцерна и козлятник достоверно отличаются от других видов более плотным сложением почвы под ними. Под остальными видами почва достоверных различий по плотности не имеет (НСРо5= 0,14 г/см3). В слое 20 30 см плотность колеблется от 0,94 г/см под кострецом до 1,22 г/см под озимой рожью. Дисперсионный анализ данных показал, что кострец, ковыль, пырей, люцерна, не имеют для данного слоя существенных различий, причем их значения минимальны. Под зерновыми культурами почва так же как в других слоях наиболее уплотнена, что статистически достоверно превышает вышеназванные виды. Донник и козлятник занимают промежуточное положение, не имея существенных отличий от зерновых культур, их данные равнозначны также и с показателями плотности почвы под овсяницей и эспарцетом (НСР05= 0,16 г/см3). В черноземе обыкновенном в целом отмечена наибольшая выравненность почвы по плотности как по слоям, так и по видам растений. Так, в слое 0-5 см она колеблется в небольших пределах: наименьшая плотность под кострецом (0,87 г/см ), наибольшая - под яровой пшеницей (0,98 г/см ). Однофакторный дисперсионный анализ показал достоверность различий по плотности почвы под кострецом и всеми изучаемыми видами. Отмечено также, что несколько большей плотностью характеризуется почва под пыреем, эспарцетом и яровой пшеницей по сравнению с овсяницей, житняком, озимой рожью, козлятником и люцерной. В слое 5-10см наименьшая плотность почвы также наблюдается под кострецом (0,97 г/см3), 109 лишь ненамного она плотнее под овсяницей, пыреем, житняком, козлятником и донником. Результаты статистического анализа показали недостоверность различий между ними, В то же время плотность почвы под озимой рожью, яровой пшеницей, люцерной и эспарцетом существенно больше по сравнению с вышеперечисленными видами (НСР05= 0,069 г/см ). В слое 10 20 см плотность почвы под овсяницей, кострецом, люцерной, житняком и ковылем несколько ниже по сравнению с другими видами (НСРоз = 0,059 г/см ). В слое 20-30 см существенных различий по данному показателю по плотности почвы между видами не обнаружено. В черноземе южном в слое 0-5 см наименьшую плотность имеет почва под козлятником, пыреем, кострецом и люцерной (от 0,91 до 0,93 г/см3), наибольшую - под житняком (1,08 г/см3). По данным дисперсионного анализа в этом слое почти под всеми видами плотность одинакова, исключение составляют житняк, озимая рожь и яровая пшеница, под которыми почва достоверно плотнее (НСРо5= 0,104 г/см3). В слое 5-10см под люцерной, донником, озимой рожью и яровой пшеницей плотность почвы статистически превышает другие изучаемые виды. В слое 10-20 см статистический анализ показал отсутствие различий по плотности почвы между видами. В слое 20-30 см под житняком и эспарцетом плотность наименьшая (1,00 г/см3), наиболее уплотненная почва под пыреем, люцерной и донником (1,16 г/см3). Статистический анализ показал несущественность различий по плотности почвы под кострецом, житняком, ковылем, рожью, козлятником, эспарцетом. Показатели плотности под овсяницей, пыреем, люцерной, донником и яровой пшеницей статистически равнозначны и достоверно выше, чем под вышеперечисленными видами (НСР05= 0,10 г/см3).
Таким образом, в слое 0-5 см под всеми видами растений во всех подтипах черноземов наблюдается наименьшая плотность. Это связано со строением и характером вертикального (профильного) распределения корневой системы, которая, более развита в верхнем слое, а также периодическим поступлением и аккумуляцией органических веществ из надземной фитомассы на поверхность почвы. Вниз по профилю почвы происходит постепенное повышение плотности. В черноземе выщелоченном наблюдается резкое уплотнение почвы в слое 20-ЗОсм. В черноземах обыкновенном и южном по слоям резких различий нет.
