Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1. Микрофлора почв 11
1.2. Ферментативная активность почв 21
1.3. Влияние условий увлажнения на биологические свойства почв .. 28
1.4. Переувлажненные почвы Юга России 44
1.5. Изменение биологических свойств черноземов при развитии гидроморфизма 54
2. Объекты и методы исследований 62
2.1.Чериоземы Северного Кавказа 62
2.2. Каштановые почвы 67
2.3. Бурые лесные почвы 68
2.4. Рендзины 70
2.5. Серопески 73
2.6. Ключевой участок П-1Р 74
2.7. Методы исследований 76
3. Результаты исследований и их обсуждение 87
3.1. Реакция биологических свойств почв на вторичный гидроморфизм 87
3.2. Моделирование влияния процессов гидроморфизма на биологические показатели почв 92
3.3. Динамика изменения биологических параметров при длительном переувлажнении почв 104
3.4. Устойчивость биоты и биологической активности разных почв Юга России к переувлажнению 113
3.5. Изменение биологических показателей при мелиорации гидроморфных почв фосфогипсом 118
Выводы 128
Литература 131
- Влияние условий увлажнения на биологические свойства почв
- Изменение биологических свойств черноземов при развитии гидроморфизма
- Моделирование влияния процессов гидроморфизма на биологические показатели почв
- Устойчивость биоты и биологической активности разных почв Юга России к переувлажнению
Введение к работе
В последние десятилетия отмечается существенное увеличение площади переувлажненных почв, как в Ростовской области, так и в целом на Юге России (Агроэкологический мониторинг ..., 1997; Ачсканов, Николаева, 1998; Безуглова, Назаренко, 1998; Зайдельман и др., 1998; Марченко, 1999; Штомпель и др., 1999; Хитров, Назаренко, 2000; Хитров и др., 2000; Назаренко, 2002; Омельченко, 2003; Казеев и др., 2004; Тищенко, 2004). Все чаще появляются переувлажненные внепойменные ландшафты, называемые «мочарами» или «мочаками». Довольно часто происходят наводнения и длительное подтопление обширных территорий на Юге России. В связи с этим интересна степень устойчивости разных почв к этому виду воздействия.
Сложность исследования почвенного покрова подобных образований связана с пульсирующим характером затопления и переувлажнения. В отдельные годы верховодка может стоять несколько месяцев, в то время как в засушливые годы не появляется вовсе. При этом даже длительное затопление часто не оставляет видимых изменений в морфологии и химизме зональных почв степей - автоморфных черноземов. Все это приводит к значительной путанице при исследовании почв подобных амфибиальных ландшафтов. При картировании площади переувлажненных и затопленных почв могут изменяться в несколько раз в зависимости от года и, особенно, сезонов сследований. При крупномасштабных исследованиях подобных ландшафтов некоторые исследователи выделяют на нескольких гектарах в зависимости от степени переувлажнения, засоления, почвообразующих пород и т.д. несколько десятков почв, относящихся к разным таксономическим единицам.
Почвенная биота, благодаря высоким динамическим свойствам, первой реагирует на любые воздействия (Звягинцев, 1978; Казеев и др., 2003,
2004 Dennison, Turner, 1995; Kumaran, Morita, 1995). Это относится и ко вторичному гидроморфизму почв Юга России. Влага, как мощнейший экологический фактор, оказывает многостороннее воздействие на почвенную биоту. При этом, в зависимости от степени и срока воздействия, происходит замена одних организмов другими, происходит перестройка всего биоценоза. Микрофлора и биохимические свойства почв, подверженные переувлажнению, могут значительно реагировать даже при незначительных изменениях режима увлажнения и, что существенно, гораздо быстрее, чем растительность, физические и химические свойства почв.
Цель работы - исследовать изменение биологических параметров при воздействии затопления водой и растворами солей разных почв Юга России, что позволит применять методы биоиндикации для диагностики этих процессов.
Задачи исследования: 1) исследование биологических параметров переувлажненных почв Юга России; 2) выявление изменения биологических свойств почв при затоплении и засолении; 3) определение устойчивости биологических свойств почв Юга России к затоплению; 4) выявление биоиндикаторов для диагностики процессов гидроморфизма.
Объектами исследований были разные по генезису и свойствам почвы Юга России. Особое внимание уделяли почвам локально-гидроморфных ландшафтов (мочаров), все более широко распространяющихся на Юге России в последние десятилетия. Кроме того, в работе были исследованы зональные широко распространенные черноземы обыкновенные (Ростовская обл.) и выщелоченные (Краснодарский край), каштановые (Ростовская обл.), бурые лесные (Адыгея), а также интразональные почвы — рендзины (Абрау-Дюрсо, Краснодарский край) и серопески (Каменский р-н Ростовской обл.). В работе использовали общепринятые в биологии и почвоведении методы (Галстян, 1974, 1978; Хазиев, 1990; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Казеев и др., 2003). В период с 2002 по 2006 гг. были проведены полевые исследования в Ростовской области, Краснодарском крае и Адыгее, а также серия модельных экспериментов (10 опытов с более чем 50-ю вариантами).
В процессе исследований был применен комплексный подход к изучению различных аспектов биологии почв. Анализировали комплекс природных объектов и процессов, определяющий биоэкологические свойства почвы и их устойчивость к затоплению. Исследование находится на стыке многих наук — экологии, почвоведения, агрохимии, микробиологии, биохимии, географии, природопользования и охраны окружающей среды. В работе использованы методы полевых и лабораторных исследований, метод моделирования, сравнительно-географический и другие методы.
В работе был использован широкий набор показателей биологического состояния почв' микробиологических (аммонифицирующие и азотфик-сирующие бактерии, микроскопические грибы и др.), биохимических (активность почвенных ферментов, продуцирование почвой углекислого газа, целлюлозолитическая активность, гумусное состояние) и др. Кроме того, исследовали рН, соленость растворов и почв и др. Всего было исследовано более 20 показателей. По значениям разных биологических показателей рассчитывали интегральный показатель биологических свойств (ИПБС) почв (Казеев, 1996, 2003; Вальков и др., 1999; Колесников и др., 2000; Ка-зеев и др., 2003).
Впервые получены данные по устойчивости почв Юга России к переувлажнению водой и растворами солей. Отмечен ряд закономерностей реакции почвенной биоты и биологической активности на затопление и засоление черноземов и других почв. Установлены биоиндикаторы процессов гидроморфизма.
Основные защищаемые положения,
Переувлажнение почв Юга России пресной и минерализованной водой приводит к изменению их биологических свойств. Эф- фект зависит от условий увлажнения, длительности опыта, химической природы и концентрации растворенных в воде веществ.
При изменении режима увлажнения с избыточного на оптимальное отмечена тенденция восстановления биологических показателей. Время восстановления определяется продолжительностью предшествующего переувлажнения. Устойчивость почв к затоплению (переувлажнению) зависит от их генезиса и свойств.
В качестве биоиндикаторов процессов переувлажнения, целесообразно использовать обилие микромицетов и активность окси-доредуктаз.
Материалы исследований могут быть использованы научными и природоохранными организациями при оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС), биоиндикации и биодиагностике вторичного гидроморфиз-ма, биомониторинге состояния почв, естественных и антропогенно-нарушенных экосистем и других научных и природоохранных мероприятий, а также при преподавании дисциплин по экологии, почвоведению, природопользованию, биомониторингу. Настоящие исследования поддержаны Федерально-целевой программой «Интеграция» К0752 (1997-2003), грантом РФФИ 06-05-64722а, грантом Президента РФ МД-1091,2006.4.
Основу диссертации составляют оригинальные материалы, полученные лично автором в результате экспедиционных, модельных и аналитических исследований (2002-2006 гг.). По теме диссертации опубликовано 26 научных работ (3,0 п.л.). Степень личного участия автора 60%.
Автор глубоко признателен специалистам за помощь в исследованиях: д.г.н. К.Ш. Казееву, д.б.н. В.Ф. Валькову, д.с.-х.н. СИ. Колесникову, к.б н Р.В. Кузнецову, кб.н. Т.В. Денисовой и всем сотрудникам и аспирантам кафедры экологии и природопользования РГУ.
Влияние условий увлажнения на биологические свойства почв
Одним из важнейших экологических факторов, оказывающих влияние на численность и структуру микрофлоры, является влажность.
Л.К. Алехиной с соавторами (1997) было доказано, что на жизнедеятельность микроорганизмов оказывают влияние 3 фактора В порядке убывания значимости эти факторы располагаются в следующем порядке: стадия сукцессии - тип почвы - режим влажности То есть, из этих трех факторов наиболее значимым является стадия сукцессии. Другие авторы считают, что из года в год в одни и те же сроки воспроизводятся разные сукцессионные события, и неправильно игнорировать возмущающее воздействие, возникающее в результате деятельности человека или без вмешательства оного. Главным из факторов, вносящим существенные коррективы в жизнедеятельность почвенной микробиоты, являются погодные условия, которые могут различаться по годам (Павлова и др., 2000).
Влажность и водный режим оказывают исключительное влияние не только на видовой состав, но и на численность основных групп микроорганизмов (Добровольская и др., 1997; Калинина и др., 1997).
При инициации сукцессии увлажнением предварительно высушенной дерново-глеевой почвы, чернозема, бурой лесной почвы, наблюдается увеличение численности бактерий во всех типах исследуемых почв, независимо от уровня влажности. В дерново-глеевой почве прослеживается резкий скачок численности бактерий - от 5 до 250 млн КОЕ/г (в 50 раз), в то время как в бурой лесной почве и черноземе от 10 до 100 КОЕ/г (в 10 раз). Наряду с увеличением численности бактерий наблюдаются изменения и в бактериальном разнообразии почв. Снижается бактериальное разнообразие после увлажнения образцов чернозема, а в образцах почв гумидных ландшафтов (бурая лесная и дерново-глеевая почва), происходит постепенное увеличение бактериального разнообразия во времени (Алехина и др., 2001).
А В. Головченко с соавторами (2001) при сравнении почв пойм реки Протва было доказано, что бактериальное разнообразие выше в горизонтах затопляемой почвы. Исключением является дернина, в ней индекс Шеннона был одинаков и имел максимальное значение для обоих участков пойм.
По данным О.С. Павловой (2000) в почвах пойменного луга Окского Заповедника при увеличении увлажнения происходит подъем численности бактерий, что отличает эти почвы от других типов почв. В течение летне-осеннего периода 1993 г., характеризовавшегося затяжными дождями, наблюдалось уменьшение численности бактерий в подстилках всех типов, кроме дернины пойменного луга от лета к осени, что вероятно связано с их вымыванием. В дернине пойменного луга зарегистрирована самая высокая численность бактерий - 28 X 10 9 в грамме почвы. Профильное распределение бактерий в этой почве довольно равномерное, кроме того в этой почве отмечалось не уменьшение, а наоборот некоторое увеличение численности бактерий от осени 1992 г. к лету и осени 1993 г. (Павлова и др., 2000).
Изменяющийся диапазон влажности оказывает воздействие и на таксономическую структуру микрофлоры, в частности структуру бактериальных сообществ. В образцах аридных почв (чернозем) при увлажнении состав бактериальных сообществ практически не менялся во времени и резко отличался от такового в гумидных ландшафтах ЦЛГБЗ (Алехина и др., 2001). В основном в воздушно-сухих образцах чернозема выделены представители актинобактерий ; роды Arthrobacter, Rliodococcus, Cellulomonas, Promicromonospora. В исходных воздушно-сухих образцах дерново-глеевой почве и в буроземе доминировали бациллы (50 %), 5-20 % составили актинобактерий и миксобактерии. Наиболее четко различия в бактериальном разнообразии всех типов исследуемых почв, при увеличении увлажнения во времени, выявляются при использовании показателя, характеризующего соотношение протеобактерий и актинобактерий. Так, этот показатель составил 2-4/1 в буроземе и ХА в черноземе. Это означает, что в бактериальном комплексе бурозема в условиях микрокосма, независимо от типа используемого в опыте увлажнения, всегда доминировали грамотри-цательные бактерии, в черноземе - грамположительные. Особое место занимает дерново-глеевая почва. При капиллярной влагоемкости в ней преобладают грамотрицательные бактерии - на 40-е сутки они представлены родами Aquaspirillum, Pseudomonas, Cytophaga, Azotobacter, Myxobacter-ales, а при максимальной капиллярно-сорбционной - грамположительные - на 40-е сутки они представлены родами - Cellulomonas, Nocardioides, Promicromonospora, Micrococcus. Обилие протеобактерий связано с периодическим затоплением глеевого горизонта этих почв. Развитию актинобак-терий благоприятствует нейтральная реакция среды (Алехина и др., 2001).
В процессе сукцессии, инициированной увлажнением двух контрастных типов почв мезоморфного ряда - белоподзолистой и бурой лесной ЦЛГБЗ происходит смена эколого-фуикционных групп бактерий с нарастанием доли бактерий гидролитического комплекса. Среди бактерий гидролитического комплекса преобладают бациллы видов В. Cereus и В. Megaterium. Во всех горизонтах бурой лесной и белоподзолистой почвы в качестве постоянных доминант обнаруживается ассоциация спирилл с миксо бактериям и и бациллы. Доминирование бактерий-гидробионтов (сприлл), до 8-100 % в белоподзолистой почве, указывает на постоянную переувлажненность, свойственную исследуемым почвам. Специфической особенностью таксономического состава бактерий этих почв является также наличие многих форм факультативно-анаэробных бактерий. Это представители семейств Enterobacteriaceae и Vibrionaceae, а также цитофаги вида С. Succinicans и бациллы вида Вас. Circulans. Все это также свидетельствует в пользу адаптации бактерий к условиям длительного переувлажнения почв (Алехина и др., 1997).
В болотных сообществах также были наиболее широко представлены различные протеобактерии: спириллы, вибрионы, энтер о бактерии. Причем, бактериальные группировки расположены очень близко друг к другу, образуя кластеры, а ярусная структура расположения бактерий не выражена, в отличие от бактериальных сообществ пустынь, где ярусная структура хорошо выражена, а бактериальные группировки расположены «индивидуально» (Добровольская и др., 1997).
Почвы с высоким уровнем влажности, характерным для естественных условий характеризуются наибольшим разнообразием и численностью бактерий (Павлова и др., 2000, Алехина и др., 2001; Калинина и др., 1997; Головченко, Добровольская, 2001). Причем, явными доминантами переувлажненных почв являются протеобактерии (Алехина и др., 1997, 2001; Добровольская и др., 1997).
Характер распределения мицелия актиномицетов по профилю разных типов биогеоценозов аналогичен таковому для бактериальных клеток. Он также достигал максимума в подстилках пойменных дубрав и дернине пойменного луга Окского Заповедника - 500 м/г (Павлова и др., 2000), 400 м/г (Полянская и др., 1995). В почвенном ярусе происходит уменьшение плотности актиномицетного мицелия вниз по профилю, причем в пойменных биогеоценозах не наблюдается ни резких изменений длины актиномицетного мицелия, ни изменения характера распределения по профилю (Павлова и др., 2000, Полянская и др., 1995). Длина актиномицетного мицелия меняется от сезона к сезону (Павлова и др., 2000 , Головченко, Полянская, 2000).
Изменение биологических свойств черноземов при развитии гидроморфизма
Зональные почвы, сформированные под степной растительностью -черноземы обыкновенные карбонатные являются автоморфными образованиями. Особенности умеренно засушливого климата определили многие свойства черноземов, в том числе и биологические. Черноземы при дополнительном увлажнении изменяют свои свойства в зависимости от срока и интенсивности воздействия. Консервативные химические и физические свойства почв при переувлажнении, как и при других воздействиях, меняются значительно медленнее, чем биологические (биохимические) свойства. Почвенная биота, благодаря высоким динамическим свойствам, первой реагирует на любые воздействия (Казеев и др., 2004). Это относится и ко вторичному гидроморфизму черноземов. Влага как мощнейший экологический фактор оказывает многостороннее воздействие на почвенную био-ту. При этом в зависимости от степени и срока воздействия происходит замена одних организмов другими, происходит перестройка всего биоценоза. Это можно легко проследить на примере наземных сосудистых растений, сукцессии сообществ которых, в конечном счете, приводят к распространению типичных гидрофитов на месте ксерофитной зональной степной растительности. В результате вторичного гидроморфизма происходит образование влаголюбивых группировок растений. В центре области переувлажнения почв при высоком стоянии воды доминирующую роль играет тростник, который является отличным маркером переувлажненных территорий. На периферии пятен переувлажнения расположены менее гидрофильные растения луговых ассоциаций (Отчет..., 2000). Особое беспокойство вызывает бурное развитие на «мочарах» и прилегающих к ним территориям амброзии (Ambrosia artemisiifolia).
Места длительного переувлажнения прекрасно диагностируются благодаря зарослям тростника. Однако на образование влаголюбивых сообществ растений уходят многие месяцы, и даже годы, причем при снижении интенсивности переувлажнения сукцессии могут приостанавливаться и даже прекращаться. В то же время, перестройка микробных сообществ, и тесно связанных с ними биохимических свойств почв, затронутых вторичным гидроморфизмом, может происходить даже при незначительных изменениях режима увлажнения и, что существенно, гораздо быстрее. Однако такая динамичность почвенной микрофлоры наряду с трудоемкостью и определенным несовершенством существующих методик не позволяют достаточно четко зафиксировать происходящие на ранних стадиях изменения. Естественное пространственное варьирование и сезонная динамика численности микроорганизмов затрудняет проведение диагностики и мониторинга. Таких недостатков лишены некоторые биохимические свойства почв, например ферментативная активность, которая благодаря большей консервативности меньше варьирует во времени и пространстве. Наряду с этим методы ее определения хорошо воспроизводимы, просты и не требуют дорогостоящего оборудования. Исходя из этого, мы рекомендуем при мониторинге и биодиагностике почвы использовать более точные и простые в исполнении методы определения ферментативной активности почв (Вальков и др., 1996, Колесников и др., 2000).
В научной литературе данные о влиянии степени переувлажнения почв на численность микроорганизмов противоречивы. Одни авторы утверждают, что с увеличением гидроморфности почв прослеживается закономерное увеличение разнообразия микробиоты и увеличение биомассы микроорганизмов. При этом происходит повышение активности и разнообразия бактерий, которые замещают функции грибов и актином и цетов, чья роль при подтоплении понижается. Другие утверждают, что с усилением гидроморфизма происходит угнетение азотфиксирующих и спорооб-разующих бактерий, актиномицетов и грибов и связывают это с сопутствующим оглеением. При этом и те, и другие сходятся во мнении, что микроорганизмы Б переувлажненных почвах часто находятся в неактивном состоянии.
Убывание по профилю переувлажненных почв численности и прока-риотических, и эукариотических микроорганизмов, как правило, более плавное, по сравнению с другими почвами (Полянская и др., 1995; Павлова и др., 2000).
Совместными усилиями специалистов РГУ, ДГАУ и Почвенного института РАХН им.В.В Докучаева в 1998-2002 гг. для уточнения причин возникновения очагов переувлажнения почв были проведены маршрутно-ключевые исследования на ключевых участках (масштаб от 1:1000 до 1:5000). Для изучения распространения переувлажненных почв и оценки тенденции их роста детально обследована территория Октябрьского и Куйбышевского районов Ростовской области (84 тыс. га). Работы включали топографическую, почвенную и геоботаническую съемку, а также изучение литологического строения до фунтовых вод и ниже расположенного водоупора. Некоторые данные изложены в работах (Назаренко и др., 2000, 2001; Хитров, Назаренко, 2000, Хитров и др., 2000, Назаренко, 2002).
Изучаемая территория представляет собой юго-восточные отроги Донецкого кряжа, постепенно переходящие в Приазовскую наклонную волнистую равнину. Для этих районов характерно сильное расчленение территории оврагами, балками и реками. На этой территории также сложное геологическое строение. Фоновыми почвами на исследуемой территории являются черноземы обыкновенные карбонатные глинистые.
По состоянию на июнь 1998 года после продолжительного влажного периода (1997 г. и зима - весна 1998 г.) на территории трех хозяйств Куйбышевского района Ростовской области наблюдалось 3257 га переувлажненных почв в пределах пашни (Отчет ..., 2001).
Сопоставление состояния переувлажнения почв в 1998 и 1999 гг. показало, что площади переувлажненных почв зависят от климатических условий года (Сводный отчет..., 2000). Наибольшее распространение наблюдается во влажные годы с обильными весенне-летними осадками. В последующие более сухие годы сохраняются преимущественно области, занятые тростником, более редко - рядом расположенные гидрологически подчиненные территории, и значительно реже - участки, которые не имеют связи с тростниковыми пятнами. Проведен подробный анализ вариантов изменения степени переувлажнения и конфигурации ареалов его распространения в разные по увлажнению годы.
Моделирование влияния процессов гидроморфизма на биологические показатели почв
Часть черноморского побережья от Новороссийска до Геленджика представлена одним ландшафтом с группой ксерофитных лесов, приуроченных к данному побережью. Горная система Кавказа, в этой самой западной его части, только начинает подниматься, горы имеют округлые формы и не большие отметки высот до 500-1000 метров, вследствие чего не являются препятствием на пути движения влажных западных воздушных масс, что и является причиной засушливости климата (500-600 мм. осадков в год). Растительность этого ландшафта составляет реликтовая флора сухого Средиземноморья, и поэтому в составе лесов кроме дуба, граба и сосны крымской, часто встречаются различные можжевельники, ксерофитные кустарники, сосна пицундская и фисташка.
Ксерофильные леса субтропиков связаны с особым типом климата, который обычно называют «средиземноморским». Главная его особенность - сухое жаркое лето и прохладная влажная зима. Количество выпадающих осадков изменяется в пределах 600-2000 мм (Батова, 1966). Зимние температуры составляют 3-10 , что определяет умеренное течение биологических процессов в почве и коре выветривания, которые по своей сущности свойственны умеренным широтам. Высокое же количество атмосферных осадков способствует выщелачиванию (вымыванию) легкорастворимых солей и переносу карбонатов кальция в нижние слои коры выветривания, однако не столь значительное как во влажных субтропиках. Известь накапливается в форме конкреционных новообразований. Летом, при температуре июля 22-26 , происходит иссушение почв, идет частичное подтягивание из глубоких горизонтов карбонатов, усиливая процессы их конкретизации В целом водный режим средиземноморских территорий характеризуется как периодически промывной, сходный с таковым черноземных областей суббореального пояса. В этих условиях образуется реакция среды близкая к нейтральной и слабощелочной. Несмотря на высокий температурный уровень летнего периода из-за сухого сезона и нейтральной реакции среды аллитные процессы полностью подавлены и накопление свободных окислов железа и алюминия не происходит.
Первичные природообразующие леса обычно изрежены. Растительный опад поступал от древесных растений непосредственно на поверхность почвы, а корни ежегодно отмирающих трав обогащали органическим веществом непосредственно почвенные горизонты. Поступление органики в биологический круговорот, ее гумификация и минерализация были сбалансированы. Учитывая высокую активность травоядных животных и микробной флоры, накопление неразложившихся остатков растений не происходило, а гумификация опада протекала по гумидному типу с образованием мощного гумусового горизонта в почвенных слоях. Этому способствовали высокая зольность растительных остатков и их обогащенность белковыми соединениями, нейтральная реакция среды.
В своем генезисе рендзины четко приурочены к поверхностным выходам различных карбонатных пород, таких как известняк, мергель, доломит, мел (Вальков и др., 2002). Для этих пород характерно высокое содержание карбонатов кальция и магния, а также различной степени интенсивности реакция с 10% соляной кислотой.
Почвообразующей породой служит рыхлый, с ноздреватыми пустотами, заполненными зеленовато-желто-бурой глиной элювий известняков, характеризующийся высокой карбонатностью - 94-98%, значительной плотностью 1,92 г/см и повышенным содержанием серы 0,6-0,2%. Доломит представляет как продукт взаимодействия известняка с магний содержащими растворами, что говорит о химическом сходстве пород, с различием в содержании магния. По внешнему виду доломиты очень похожи на известняки, но обладают широкой гаммой цветовых оттенков (белый, серый, темно-зеленый, светло-бурый). Доломиты имеют мелко- и средне-кристаллическое строение, редко крупнозернистое и брекчиевидное. Особенностью доломитов является мелкотрещиноватость, которая отражает физико-химические свойства и структуру породы. Наиболее часто встречаются известково-доломитовые породы, обогащенные в результате элювиально-делювиальных процессов глинистыми веществами и другими примесями.
При формировании почв на таких породах одним из ведущих процессов почвообразования является процесс выщелачивания карбонатов. При таком высоком содержании карбонатов в почвообразующей породе как в известняках и мергелях и низком содержании глинистого материала процесс выщелачивания не сможет обеспечить формирование почвенной толщи 50-100 см, что характерно для рендзин, за период времени представляющимся нам реальным. В связи с чем можно утверждать что при формировании профиля рендзин помимо элювиального выноса карбонатов значительная роль принадлежит накоплению алюмосиликатной массы за счет ее привноса из вне эоловым и делювиальным процессами.
При изучении почвенного покрова района Геленджик-Новороссийск М А. Кутровским были описаны рендзины неполноразвитые с мощностью почвенного профиля 40 сантиметров, и рендзины типичные мощностью до 70 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 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. Рендзины типичные были обнаружены нами на вершинах низких гор, на их склонах, а также на холмистых межгорных участках занятых в основном сельскохозяйственными полями и пастбищами. Растительность вершин и склонов низких гор представлена шибляком с низкими деревьями, иногда растущими как кустарники, образуя заросли. Травянистая растительность местами очень редка и может вовсе отсутствовать, хотя встречаются места, обильно покрытые травой.
Визуальное впечатление от светлой окраски профиля во многом объясняется не развитием гумусообразования, а цветом исходной материнской породы - элювия мергеля Этот мергелистый цвет особенно проявляется при высыхании вскопанных и вспаханных участков. 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.
На Юге России пески и своеобразные почвы, приуроченные к ним, встречаются в Ростовской, Астраханской, Волгоградской областях, в Дагестане и Калмыкии (Вальков и др., 2002). Почвообразование на песках во всех природных зонах имеет свои оригинальные особенности.
На песках не образуются зональные типы почв. Нет подзолов, черноземов, каштановых почв, красноземов песчаного гранулометрического состава. Всегда и повсюду на песках формируются оригинальные интразо-нальные почвы. В Ростовской области в прошлом песчаные почвы получили оригинальное название «серопески» и всегда рассматривались самостоятельно вне зональности почвообразования.
Разделяют пески, прежде всего, по минералогическому составу. На Юге России распространены преимущественно биологически оптимальные полевошпатовые пески. Редко известковые пески в районах, где песчаные территории вблизи выходов известковых пород. Серопески распространены среди черноземных почв.
Устойчивость биоты и биологической активности разных почв Юга России к переувлажнению
Так как в природе участки мочаров динамичны не только в пространстве, но и во времени, их изучение сталкивается с проблемой их анализа в период максимального воздействия локального затопления. Обычно определение биологических свойств мочаров проводится в летние месяцы, когда период максимального подтопления уже миновал и к ним можно приблизиться. Грунтовые воды в это время находятся ниже гумусовых горизонтов даже в гидроцентре очагов переувлажнения на глубине около 1 м. Так как исследование биологических свойств возможно только после снижения уровня верховодки и подсыхания верхних горизонтов гидроморф-ных почв, в лабораторных условиях были смоделированы процессы затопления чернозема водой и растворами минеральных солей. Для этого были заложены модельные опыты.
В настоящей работе был использован метод вегетационных сосудов. Этот метод является неотъемлемым аппаратом исследований в области растениеводства, физиологии растений, агрохимии, почвоведения, экологии и других наук со времен Либиха, Менделеева, Прянишникова. Исследование в вегетационных сосудах биологической активности почвы началось в конце XIX века (Атлавините, 1976, цит. по Колесникову и др., 2000).
Модельные лабораторные опыты имеют ряд преимуществ по сравнению с полевыми исследованиями (Колесников, 2000). Во-первых, возможность поддерживать постоянную, одинаковую во всех опытах влажность и температуру почвы, в то время как в полевых условиях результаты опыта сильно зависят от погодных условий, что часто не позволяет добиться сопоставимых результатов. Во-вторых, возможность обеспечить перемешивание почвы до полной однородности во всех сосудах, что позволяет избежать расхождений в свойствах почвы, которые часто встречаются на разных делянках. И, наконец, возможность исследования различных загрязняющих веществ раздельно и в заранее заданных концентрациях. Таким образом, выяснение многих вопросов биологической активности почв возможно только посредством модельных опытов.
Для опытов использовали стеклянные и пластиковые сосуды емкостью соответственно 200 и 1000 мл с дренажом из полипропиленовых гранул. Затопление и полив осуществляли через дренажные трубки для вытеснения пузырей воздуха из почвенной толщи. Воздушно сухая почва просеивали через сито с отверстиями 3 мм. Опыты ставили в 3-х кратной повторности, т.е. использовали 3 сосуда на один вариант исследования. Модельные опыты проводили при комнатной температуре - 18-25С. Для опытов №1-5, 9 почву для опытов отбирали из пахотного горизонта (0-30 см) чернозема обыкновенного ОПХ Донского государственного агроуниверситета «Донское» (Октябрьский р-н Ростовской обл.). Эти почвы являются зональными почвами степей и широко распространены на территории Юга России. Срок экспозиции 14 и 60 суток. Схема опыта №3 1 .Контроль (оптимальное увлажнение водой 60% от ПВ) 2.Затопление водопроводной водой 3.Оптимальное увлажнение 60% ПВ 1% раствором NaCl 4.Затопление 1% раствором NaCl 5.0птимальное увлажнение 60% ПВ 1% раствором НС1 6.Затопление 1% раствором НС1 7.Оптимальное увлажнение до 60% от ПВ 1% раствором ЫагСОз З.Затопление 1% раствором Ыа СОз Срок экспозиции 20 суток. В опыте № 3/1 исследовали влияние солей (NaCl и ИагСОз) вноимых с водой в режиме затопления и оптимального увлажнения. Добавление 1% раствора сахарозы в этом опыте было связано с попыткой усилить влияние анаэробных процессов в почве. Анаэробные условия создаются при повышении расхода кислорода при использовании микрофлорой этого доступного субстрата. Контроль - чернозем предкавказский 60% ПВ) 2.Чернозем североприазовский (60% ПВ) З.Контроль (чернозем предкавказский) + 1% сахарозы 4.Затопление водой (чернозем предкавказский) 5.Затопление 1% раствором сахарозы (чернозем предкавказский) 6.Затопление 3% раствором NaCl (чернозем предкавказский) 7.Затопление 3% раствором Na2C03 (чернозем предкавказский) 8.Затопление 1% раствором сахарозы + NaCl (чернозем предкавказский) 9.Затопление 1% раствором сахарозы + Na2C03 (чернозем предкавказский) Срок экспозиции 35 суток. В опыте №4 исследовали разные режимы переувлажнения. В большинстве вариантов почву затапливали полностью. А в варианте №5 почву переувлажняли подтапливанием раствором Na2SC 4 снизу путем опускания сосуда без дна в емкость с водой. Уровень воды поддерживали на уровне поверхности почвы. Данный режим увлажнения моделирует переувлажнение почвы снизу минерализованными грунтовыми водами, как это часто случается в мочарах.
В опыте №5 в опыте по длительному переувлажнению применяли затопление почвы водой и двумя типами растворов солей - нейтральные соли (хлорид и сульфат натрия) и щелочная соль (карбонат натрия). Моделировали природное пульсирующее чередование полного затопления на 1-2 месяца и последующий сброс воды (растворов солей) и подсушивание почвы в течение 1-2 месяцев. За 11 месяцев инкубации было проведено 3 таких цикла. После 11 месяцев такого режима воду сбросили и выдержали опыт еще 2 месяца в режиме оптимального увлажнения, увлажняя водопроводной водой. Для сравнения пульсирующего режима исследовали почву с полным затоплением почвы водой в течение всего периода наблюдений (вариант №2). Контролем служила почва с оптимальным увлажнением. Схема опыта №5 Ю.Контроль - (почва с 60% ПВ) 11 .Затопление водой (постоянное) 12.3атопление водой (пульсирующее) 13.Затопление 1% раствором ЫагСОз (пульсирующее кий) 14.3атопление 1% раствором NaCl (пульсирующее) 15.Затопление 1% раствором Na2S04 (пульсирующее) Срок экспозиции 370 суток. Сроки наблюдения - 300, 330 и 370 суток.
Целью дальнейших исследований было выявление устойчивости разных почв Юга России к затоплению водой. Она является продолжением исследований, начатых на черноземах.
Для исследования влияния мелиорирующего действия фосфогипса на свойства переувлажненных почв были заложены модельные опыты. В Белореченском районе большие количества фосфогипса скопились в шламо-накопителях ОАО «ЕвроХим-Белореченские Минудобрения». В состав применяемого фосфогипса входит не менее 92% CaS04 2H20 и 0,6-2,0% фосфора (по Р2О5). Перед применением его нейтрализуют известью. Реакция среды нейтрализованного фосфогипса близка к нейтральной. Применяли затопление почвы водопроводной водой. Контролем служила почва с оптимальным увлажнением. Для мелиорации добавляли фософогипс в дозе 0,3 и 3% от массы почвы, что в пересчете составляет 10 и 100 т/га.
Почва для опытов отбиралась 27 марта 2005 г. из пахотного горизонта (0-30 см) чернозема выщелоченного слитого, отобранного в окрестностях г. Белореченск Краснодарского края, и чернозема обыкновенного (пред-кавказского), отобранного в окрестностях ст. Павловская Краснодарского края. Эти почвы являются типичными почвами исследуемого района и широко распространены на территории Юга России.
