Введение к работе
Особую по своим условиям и по своему хозяйственному значению часть Астраханского региона составляет дельта Волги. Дельта реки Волги - крупнейшая в Европе внутренняя дельта. Это своеобразный оазис среди пустыни с системой естественного орошения. (Прасолов, 1921).
Территория Прикаспийской низменности в верхнечетвертичное время была покрыта водами Хвалынского моря (Марков, 1965). По мере отступления моря, на обширных пространствах осушившейся территории в условиях засушливого климата, свойственного этой зоне, первоначально формировались ландшафты с солончаковой (приморской) стадией почвообразования. Затем, в связи с понижением регионального базиса эрозии и изменением гидрогеологических условий постепенно формировались современные ландшафты полупустыни с комплексами засоленных почв (Большаков, 1937).
До настоящего времени ряд основных положений истории формирования Прикаспийской низменности, её геологического строения, гидрогеологии, рельефа и связанных с ним вопросов генезиса и эволюции засоленных почв недостаточно ясны и требуют более тщательного изучения. Без решения вопросов происхождения и режимов засоленных почв невозможно их успешное освоение и прогнозирование изменений, возникающих при орошении, изменении природно-климатических факторов и усилении рекреационной нагрузки (Панкова, 1993).
Почвенный покров области характеризуется большим разнообразием и пестротой. Он представлен как высококонтрастными сочетаниями и комплексами малопродуктивных засоленных, солонцеватых, слитых и заболоченных почв, занимающих около 80% территории, так и относительно плодородными массивами зональных аллювиальных почв поймы и дельты Волги (Атлас Астраханской области, 1997).
Территория региона отличается сложной лапдшафтпо-геоморфологической структурой (Геннадиев и др., 1994). Экологические режимы, определяющие состояние почвенно-растительного покрова, в пределах этих ландшафтов различны, что обусловлено наличием или отсутствием поверхностного затопления и его динамикой. Важной особенностью исследуемого региона является естественная склонность почвенного покрова к соленакоплению. Процессы соленакопления являются неотъемлемой частью генезиса и эволюции пойменных и дельтовых ландшафтов.
Процесс соленакопления принадлежит к числу ландшафтных, т.е. относится к определенным природно-территориальным единицам. Он представляет собой совокупность явлений поступления, превращения, перемещения и выноса солевых компонентов в геохимическом ландшафте.
Процессы засоления/рассоления являются одними из основных почвенных процессов, определяющих плодородие аридных почв, а также экологическое состояние аридных и семиаридных экосистем (Панкова, 1996).
Актуальность исследования. Исследованию и методам оценки засоления почв уделяется большое внимание. Во-первых, в связи с широким распространением засоленных почв на планете и, во-вторых, в связи с тем, чго засоление - одна из главных генетических и мелиоративных особенностей сухостепиых, полупустынных и пустынных почв. Решение любых вопросов генезиса и мелиорации этих почв основывается на сведениях об их засолении (Теория и практика..., 2006).
За более чем столетний период изучения засоленных почв в нашей стране и за рубежом накоплен огромный фактический материал (Плюснин, 1938; Ковда, 1946,
1947, 1968, 1974; Летунов 1942, 1968; Владыченский 1952, 1953, Панкова, 1995, 1996, 2004; Славный, 1970, 1976, 2003; Засоленные почвы..., 2006; Dan J., 1984; Hingston F., 1976; Tucker, 1985 и др.), освещающий многие особенности засоления почв и почвенного покрова. Однако в настоящее время нет общепринятой теории, которая могла бы объяснить всю совокупность солепроявления в почвах, зональные, региональные и ландшафтные аспекты этого явления, закономерности и механизмы формирования солевых профилей и солевого состава почв (Сеньков, 2004).
Оценка солевых процессов требует не только детального исследования отдельных компонентов и факторов природной среды, определяющих засоленность почв, но и изучения связи между ними. Недостаточно знать содержание солей в почве, грунтовой воде, породе, важно установить в каком направлении идет солевой процесс.
Зарегулирование стока Волги Волгоградским водохранилищем коренным образом изменило гидрологический режим в ее низовьях (Попов, 1964). Продолжительность затопления пойменных земель, осуществляемого ныне искусственным путем сброса воды через Волгоградскую ГЭС, сократилась более чем в два раза, причем около 20% почв поймы не затапливается в паводок. Естественно, что создавшиеся новые гидрологические условия не могли не отразиться на солевом состоянии пойменных и дельтовых почв.
Современные исследования солевого состояния почвенного покрова дельты р. Волги, включающие характеристику пространственной вариабельности содержания и состава солей, в настоящий момент практически отсутствуют.
Цель и задачи исследования. Цель исследования - изучение солевого состояния и выявление закономерностей пространственного распределения солей в почвах типичных ландшафтов дельты р. Волги.
Для достижения цели исследования решались следующие задачи:
изучение современного состояния почвенного покрова типичных ландшафтов дельты р. Волги;
изучение и оценка солевого состояния почв в дельтовых ландшафтах, включающих различные геоморфологические объекты и типы почв, в комплексе с условиями их развития;
изучение влияния гидрологического режима и особенностей мезорельефа на солевое состояние почв бугровых ландшафтов дельты р. Волги;
изучение пространственной изменчивости солевого состояния в почвенном покрове, в почвах и почвенных горизонтах в пределах характерных геоморфологических профилей, почвенных траншей и участков ландшафтов (метод равномерной площадной сетки опробования);
изучение состава обменных катионов в почвах ландшафтов бугров Бэра в зависимости от степени засоления почв;
исследование закономерностей в пространственном распределении солей с использованием методов математической статистики.
Научная повита. Впервые на большом количестве почвенных объектов получены данные по составу и распределению водорастворимых солей и обменных катионов в почвах бугровых ландшафтов дельты Волги, различающихся по почвенно-климатическим и гидрологическим условиям.
Впервые показана высокая пространственная неоднородность содержания легкорастворимых солей в почвах ландшафтов дельты Волги на разных уровнях иссле-
дования - от почвенного горизонта до ландшафтного уровня методом траншей, геохимических профилей и методом равномерной сетки.
В работе впервые показана достоверность статистически значимых различий солевого состояния почв в ландшафтах бугров Бэра. Почвы различных геоморфологических элементов в ландшафте бугра Бэра достоверно различаются по солевому состоянию, за исключением непосредственно самих солевых горизонтов. Наиболее однородными по содержанию легкорастворимых солей являются солевые горизонты и горизонты, граничащие с солевым.
Положения, выносимые на защиту:
Современное солевое состояние почв и закономерности пространственной вариабельности легкорастворимых солей в почвенном покрове типичных ландшафтов дельты Волги определяются разницей в режиме затопления разных участков дельты и наличием специфических элементов рельефа ландшафта бугров Бэра.
Пространственная изменчивость содержания водорастворимых солей определяется рядом факторов, которые накладывают определенный отпечаток на со-ленакопление в почвенном покрове дельты Волги. По особенностям засоления и современному соленакоплению на территории дельты р. Волги четко выделяются два типа природных экосистем: экосистемы с современными автоморфными почвами и экосистемы с современными гидроморфными почвами. Природное засоление и процессы современного соленакопления в них резко различаются.
Процессы осолонцевания - рассолонцевания почв бугров Бэра определяются составом почвенных растворов, который зависит от наличия в толще бугров солей морского генезиса, гидрологического режима, капиллярной проводимостью почв и мезорельефом.
Почвы типичных ландшафтов дельты Волги достоверно отличаются по составу и содержанию солей, при этом переходы между почвенными типами от зональных к интразональным сопровождаются увеличением степени их варьирования.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при разработке научно-обоснованных агротехнологий, т.е. при проведении агротехнических и мелиоративных мероприятий, при интенсификации сельскохозяйственного производства. В рамках программы UNESCO (2003-2004 и 2005-2006 гг.) основные результаты диссертационного исследования использованы при оценке степени влияния зарегулированного стока реки Волги на пойменные и дельтовые экосистемы.
Полученные результаты используются на кафедре почвоведения Астраханского государственного университета при чтении курсов лекций «Химия почв», «Химический анализ почв» и «Основы почвоведения». Эти материалы вошли в методические рекомендации «Почвы Астраханской области», в практикум по агрохимии и в рабочую тетрадь «Химический анализ почв».
Проведение исследований было поддержано грантами РФФИ (проекты 03-04-48246а, 06-04-48297а, 09-04-97002-р_поволжье_а), Рособразонанием в рамках тематических планов (№ 414.1.1.05) и Аналитической Ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы» (№ 2.1.1/4284).
Материал исследований был использован при создании базы данных «Основные показатели почв дельты Волги» (Свидетельство об официальной регистрации базы данных № 2007620008).
Личный вклад автора в работу. Диссертационная работа является результатом многолетних исследований автора. Автор принимал личное участие на всех этапах исследования, ему принадлежит формирование проблемы, постановка целей и задач, планирование экспериментов. Автор принимал участие в сборе полевого экспериментального материала, в получении значительной части лабораторного материала, в обобщении и интерпретации полученных результатов, в подготовке основного числа научных публикаций, многократно выступал с научными докладами. В работе использованы материалы, полученные в соавторстве с аспирантами, выполняющими свои исследования под руководством автора. Доля личного участия в совместных публикациях пропорциональна числу соавторов.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, были доложены на IV (Новосибирск, 2004), V (Ростов-на-Дону, 2008) съездах Докучаевского общества почвоведов, на Международных и Всероссийских конференциях: «Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 2002-2008), International Conference of Mazandaran University on the Caspian Sea (Iran, 2003), «Роль почвы в формировании естественных и антропогенных ландшафтов» (Казань, 2003), «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 2003), «Мониторинг экосистем» (Италия, 2003), «Сохраним планету Земля» (Санкт-Петербург, 2004), «Россия и Восток» (Астрахань, 2005), XII, XIII школах «Экология и почвы» (Пущино, 2003, 2005), « Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2005), « Экология речных бассейнов» (Владимир, 2005), «Современные проблемы почвоведения и оценки земель Сибири» (Томск, 2005), «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогеннопреобразованных экосистем» (Иркутск, 2006), «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой сельскохозяйственной продукции» (Астрахань, 2006), «Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты» (Санкт-Петербург, 2007), «Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие регионов юга России» (Сочи, 2007), «Ноосферные изменения в почвенном покрове» (Владивосток, 2007), «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007), «Гуминовые вещества в биосфере» (Москва, 2007), «Плодородие почв - уникальный природный ресурс - в нем будущее России» (Санкт-Петербург, 2008), «Развитие агропромышленного комплекса: перспективы, проблемы и пути решения» (Астрахань, 2008), «Актуальные проблемы экологии» (Владикавказ, 2009), на научной сессии по фундаментальному почвоведению (Москва, 2004), на заседании кафедры почвоведения Астраханского государственного университета (2002-2009 гг).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 62 работы, в том числе 10 статей в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ на соискание степени доктора наук, 46 статей в прочих журналах, продолжающихся изданиях и сборниках.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения, изложена на 262 страницах компьютерного текста, включает
список литературы из 380 наименований, в том числе 95 на иностранных языках, содержит 73 рисунка, 13 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность всем участникам совместных экспедиций кафедры почвоведения, кафедры экологии и биологии растений Астраханского государственного университета и кафедры физики и мелиорации почв Московского государственного университета им. Ломоносова за неоценимую помощь в получении экспериментальных данных. Особую признательность автор выражает д.б.н., профессору В.Н. Пилипенко, д.б.н. А.В. Федотовой, заведующему кафедрой физики и мелиорации почв МГУ им. Ломоносова д.б.н., профессору Е.В. Шеипу и д.б.н, профессору кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. Ломоносова Л.О. Кариачевскому за постоянное внимание, неоценимую помощь, критические замечания и сонеты, оказавшие решающее влияние на формирование научного мировоззрения автора.
