ПОСТМЕЛИОРАТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ В АРИДНЫХ РАЙОНАХ 

POST-RECLAMATION STATE OF NATURAL SYSTEMS IN ARID AREAS 

Н.М. Новикова1, Н.А. Волкова1, М.В. Конюшкова2,3, Уланова С.С.4

N.M. Novikova1. N.A. Volkova1, M.V. Konyushkova2,3, Ulanova S.S.4 

1Институт водных проблем РАН

(Россия, 119333 Москва, ул. Губкина, 3)

2Почвенный институт им. В.В. Докучаева

(Россия, 119017 Москва, Пыжевский пер. 7, стр. 2)

3МГУ им. М.В. Ломоносова

(Россия, 119991 Москва, Ленинские горы 1, стр. 12)

4Институт комплексных исследований аридных территорий

(Россия, Республика Калмыкия, 358005 г. Элиста, ул. Хомутникова, 111) 

1Institute of water problems of RAS

(Russia, 119333 Moscow, Gubkina Str., 30)

2V.V. Dokuchaev Soil Institute, RAS

(Russia, 119017 Moscow, Pyzhevsky lane 7, page 2)

3M.V. Lomonosov Moscow State University

(Russia, 119991 Moscow, Leninskie gory, 1 bld. 12)

4Institute of integrated research of arid areas

(Russia, Republic of Kalmykia, 358005 Elista, Khomutnikova Str., 111)

е-mail: 1Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; 2Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; 4Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Мелиоративные мероприятия, проводимые на территории аридных районов, направлены на улучшение водно-физических свойств почв. Исследования на территории опустыненных степей Калмыкии показали, что изменения, вносимые в почвы и растительность природных комплексов различными видами мелиорации, устойчивы и сохраняются в течение длительного периода после прекращения антропогенного воздействия. Для оценки изменений разработана система показателей и критериев. Их использование показывает, что под влиянием мелиорации в сравнении с целинными участками или состоянием аналогичных показателей на этой же территории до мелиорации, увеличивается глубина поверхностного рассоления солонцовых почв, вымываются токсичные соли, увеличивается видовое богатство и возрастает надземная фитомасса растений, что способствует повышению биологического круговорота веществ. Установлено, что запасы надземной фитомассы тесно связаны (r=0,84) с глубиной рассоления почв.

Мeliorative measures carried out on the territory of arid regions are aimed at improving the water-physical properties of soils. Studies on the territory of the desert steppes of Kalmykia have shown that changes introduced into soils and vegetation of natural complexes by various types of melioration are stable and persist for a long period after the cessation of anthropogenic impact. To assess the changes, a system of indicators and criteria has been developed. Their use shows that under the influence of melioration in comparison with virgin lands or the state of similar indicators in the same area before reclamation, the depth of surface desalinization of solonetz soils is increased, toxic salts are washed out, species richness is increased, and the aboveground phytomass of plants increases, which increases the biological cycle of substances . It is established that the reserves of the aboveground phytomass are closely related (r = 0.84) with the depth of desalinization of soils. 

На территории Республики Калмыкия в начале 1950-х годов был создан Аршань-Зельменский научный стационар Института лесоведения Академии наук СССР, одна из задач которого заключалась в проведении опытных работ по мелиорации природных комплексов, позволяющих в условиях дефицита влаги и засоления почв повышать их продукционный потенциал и расширять спектр видов землепользования. Основное внимание уделялось лесоразведению, т.к. существование лесных насаждений и лесополос до сих пор рассматривается как один из основных способов борьбы с опустыниванием. На возвышенности Ергени и Приергенинской равнине были заложены четыре опытных участка (рис. 1) с разными видами обработки почв, посадками древесных растений и трав, а на Приергенинской равнине в течение длительного времени проводилось орошение древесных посадок и посевов однолетних и многолетних сельскохозяйственных культур. Цель статьи заключается в установлении сохранения приобретенных новых свойств под влиянием проведенной мелиорации в современной растительности и почвах после прекращения воздействия спустя десятки лет.

Рисунок 1. Схема размещения опытных участков Аршань-Зельменского стационара. Условные обозначения: 1 – опытные участки стационара; 2 – нумерация опытных участков стационара (I-III – Ергенинские, IV – Аршань-Зельменский); 3 – геоморфологические районы (1 – Ергенинская возвышенность, 2 – Приергенинская равнина, 3 – Сарпинская ложбина, 4 – Сарпинская низменность); 4 – границы Субъектов РФ, 5 – граница Сарпинского административного района Калмыкии, 6 – границы геоморфологических районов. 

Особенности района исследований. Годовая сумма осадков составляет 300 мм, но испаряемость выше примерно в 3,5 раза. Эта территория относится к подзоне опустыненных степей и светло-каштановых почв. Дефицит влаги, засоленность и солонцеватость почв – экологические факторы, лимитирующие развитие растительности. Для почв и растительности характерна комплексность, обусловленная особенностью перераспределения влаги микрорельефом. В научной литературе этот комплекс принято называть «солонцовым», т.к. положительные элементы микрорельефа в естественных условиях заняты преимущественно сообществами черной полыни (Artemisia pauciflora) и прутняка (Kochia prostrata) на солонцах, а микропонижения со светлокаштановыми почвами – сообществами злаков и разнотравья с участием ковылей Лессинга, волосатика, сарептского (Stipa lessingiana, S. capillata, S. sareptana), типчака (Festuca valesiaca), тонконога изящного (Koeleria cristata) и ромашника (Tanacetum achilleifolium).

Отличия двух исследованных участков заключаются в том, что на возвышенности Ергени почвообразующие породы – четвертичные засоленные лессовидные суглинки. Грунтовые воды располагаются на глубине более 10 м, недоступны растениям и в почвообразовательном процессе не участвуют. На Приергенинской равнине почвообразующие породы – засоленные глины и суглинки морского генезиса, грунтовые воды более засоленные и находятся ближе к поверхности (6-7 м). Расположение почв и растительности по микрорельефу также отличается от Ергеней. В микропонижениях на лугово-каштановых почвах развиты разнотравно-типчаково-ковыльные (Stipa spp.+Festuca valesiaca+ Mixteherbosa) растительные сообщества, а в еще более глубокие понижениях – сообщества с пыреем ползучим (Elytrigia repens), мятликом узколистным (Poa angustifolia), бескильницами (Puccinellia spp.). На выровненных участках преобладают солонцы c полукустарничками – черной полынью (Artemisia pauciflora), камфоросмой (Camphorosma monspeliacum). На микроповышениях развиваются солонцеватые светло-каштановые почвы и солонцы с более глубоко залегающим солонцеватым горизонтом. Здесь, среди черной полыни, распространены: прутняк (Kochia prostrata), типчак (Festuca valesiaca), житняк пустынный (Agropyron desertorum), острец (Leymus ramosus), грудница шерстистая (Galatella villosa) и др.

Методика. Для выполнения наших исследований были проведены полевые работы на участках, испытавших разные виды и длительность мелиоративного воздействия и на прилежащих целинных участках. Для определения трансформации почв в качестве критериев используются их морфологические, химические и физико-химические свойства. В качестве показателей их динамического состояния привлекаются данные по сохранности пахотного горизонта, засолению (глубина рассоления профиля и глубина залегания солей, их состав, химизм), щелочности, присутствию карбонатов, содержанию поглощенного натрия и классификационные признаки типов и подтипов почв. При изучении трансформации растительности в качестве основного критерия используется видовое богатство и его численный показатель (количество видов на площади), фитоценотическое значение видов, их жизненность, явления изреживания и усыхания, представленность основных жизненных форм (однолетники, многолетники, древесные виды), структура надземной фитомассы травяного яруса (присутствие видов разных хозяйственных групп: злаки-разнотравье). В качестве дополнительных показателей при выявлении динамического состояния растительных сообществ использовалось присутствие видов-индикаторов разных стадий восстановительной сукцессии после орошения, их обилие и проективное покрытие, возобновление древесных и кустарниковых видов и их число на учетной площадке. Если данные на территорию опыта до его закладки, отсутствуют, оценка произошедшей трансформации в почвах и растительности производится на основании сопоставления аналогичных показателей на целинных участках.

Результаты и обсуждение. Исследования, проведенные на Возвышенности Ергени, показывают, что под влиянием фитомелиорации, проведенной в 1950-х годах на первом участке Аршань-Зельменского стационара для создания лесополос в почвах и растительности произошли устойчивые изменения, которые сохраняются в течение длительного времени после вмешательства человека.

В лесополосах, на месте выпавших древесных культур сформировались агросолонцы с травяно-полукустарничковыми растительными сообществами, близкими по составу к природным. Исходные сильно засоленные солончаковые многонатриевые корковые и мелкие солонцы хлоридно-сульфатного и сульфатно-хлоридного химизма трансформировались в агроземы солонцовые солончаковатые и глубокозасоленные слабой степени засоления, содово-сульфатного химизма или с повышенной щелочностью в средней части почвенного профиля с рассолонцованным пахотным слоем. Под сохранившимися лесонасаждениями, почвы которых до мелиоративного воздействия были каштановыми, сформировались антропогенно-измененные почвы, не имеющие аналога в целинных условиях – агроземы солонцовые светлые. Для них характерно особое морфологическое строение и особые водно-физические свойства. Пахотный слой мощностью 40-60 см имеет, в отличие от целинных солонцов, морфологически и химически выраженное рассолонцевание. За 50-летний постмелиоративный период произошло рассоление почв до глубины 90 см (рис. 2а), при этом хлориды вынесены до глубины 250-300 см. Произошло полное рассолонцевание пахотного и турбированного горизонтов (рис. 2б).

Рисунок 2. Динамика содержания солей (а) и обменного натрия (б) в агроземах солонцовых за период 1951-2006 гг. 

На участках с солонцовыми почвами древесные виды выпали, сформировались агроземы солонцовые с травяными растительными сообществами с доминированием грудницы волосистой (Galatella villosa), типчака (Festuca valesiaca), ромашника (Tanacetum achilleifolium), по видовому составу близкие растительным сообществам мелких западин целинных территорий. Благодаря увеличению производимой в этих сообществах фитомассы, приближающейся к значениям наиболее высокопродуктивных естественных ценозов с доминированием ковылей, вдвое увеличился биологический круговорот веществ.

Произошедшее изменение в почвах и растительности исходных солонцов было оценено как устойчивая мезофитизация экосистемы по сравнению с исходными, до фитомелиорации, которая сохраняется длительное время после снятия антропогенного воздействия.

На Приергенинской равнине, на четвертом участке Аршань-Зельменского стационара, было проведено более глубокое антропогенное воздействие: помимо фитомелиорации здесь длительное время посадки древесных видов поливались, посевы на пашне орошались. Под влиянием комплексного мелиоративного воздействия, длившегося с 1951 по 1970 гг., произошла существенная трансформация почв и растительности.

Как показали исследования, в почвах на изучаемой территории под воздействием распашки и длительного орошения произошла трансформация исходных солонцов в почвы, не встречающиеся в целинных условиях. Все эти почвы относятся к одному типу агроземов текстурно-карбонатных глубокозасоленных. В настоящее время произошедшие изменения сохраняются. В почвенном профиле выделяются пахотный (0-45 см) и подпахотный (50-60 см) горизонты, они рассолены, в них уменьшилось содержание обменного натрия. Под ранее орошаемой пашней и на участке с лесопосадкой рассоление распространяется на максимальную глубину до 100 см, под бывшим садом с поливом – на глубину 80 см, а на остальных участках с лесопосадками и садом без полива – на глубину пахотного горизонта – до 40 см, под неорошаемой пашней – на глубину пахотного горизонта – 20 см, а под целинным солонцом почва не засолена на глубину 30 см.

Длительное антропогенное воздействие (глубокая мелиоративная вспашка, лесоразведение, возделывание сельскохозяйственных и садовых культур с применением орошения), вызвали существенные изменения свойств солонцовых почв Приергенинской равнины, которые сохраняются и по истечении длительного (более 47 лет) постирригационного периода. По сравнению с естественной растительностью, развитой на целинных солонцах, растительный покров, сформировавшийся на мелиорированных землях, имеет большее видовое разнообразие и большую надземную фитомассу трав. На участках, где сохраняются древесные лесокультуры, видовой состав современных растительных сообществ богаче, а надземная фитомасса травяного яруса ниже, чем на землях, используемых под пашню, где фитомасса формируется преимущественно однолетними видами растений-эфемеров. Запасы надземной фитомассы имеют высокую тесноту связи (r=0,84) с глубиной рассоления почв.

Современное динамическое состояние растительных сообществ на территории опытного участка было оценено на основании близости видового состава ранее мелиорированных и целинных участков помощью коэффициента Жаккара и представлено в виде дендрограммы. Ее анализ показал, что наиболее близки друг другу (К=0,4) пары сообществ, сформировавшихся на участках со сходной мелиорацией: на залежи орошаемой пашни, орошаемых лесокультур и сада с поливом и пашни без полива. Для растительных сообществ первой пары характерно преобладание видов-однолетников и сорнотравья – хориспоры (Chorispora tenella) и дескурайнии (Descurainia sophia), для участков с лесопосадками все еще характерно присутствие наибольшего числа видов древесных видов растений и кустарников. В последнем случае пара выделяется видовым составом, приближающим ее к растительности корковых солонцов, т.к. на обоих участках ведущую роль в сообществах играют полыни черная (Artemisia pauciflora) и сантонинная (Artemisia santonica), характерные для естественных биотопов корковых солонцов. Видовой состав растительности всех ранее мелиорированных участков имеет очень низкое сходство с видовым составом целинного участка.

Современный видовой состав и структура травяных растительных сообществ на ранее мелиорированных участках с орошением на Приергенинской равнине позволяют считать, что идет восстановительная сукцессия, cформировались сообщества, близкие по видовому составу естественным сообществам, приуроченным к каштановым почвам с господством полыни Лерха (Artemisia lerchiana), ромашника (Tanacetum achilleifolium) и злаков (Festuca valesiaca, Stipa lessingiana). На участках с мелиорацией без орошения восстановление ведет к формированию сообществ, близких по составу сообществам целинных солонцов.

Заключение. В природных комплексах аридных районов на западе Прикаспийской низменности возвышенности Ергени изменения, вносимые в почвы и растительный покров проведенными мелиорациями, имеют устойчивый характер. Рассоление солонцов на большую глубину, чем в естественных условиях и вымывание токсичных солей из поверхностных горизонтов способствуют повышению видового разнообразия растительности и увеличению фитомассы, производимой в сообществах мелиорированных солонцов, увеличивается биологический круговорот веществ. Запасы надземной фитомассы имеют высокую тесноту связи (r=0,84) с глубиной рассоления почв. Произошедшие изменения могут быть оценены как положительное явление, способствующее ускорению процессов естественной эволюции ландшафтов Прикаспийской низменности. 

Благодарности: Работа выполнена по программе № 19 Президиума РАН, гранту РФФИ № 16-04-00570 и теме 2. НИР ИВП РАН «Моделирование и прогнозирование процессов восстановления качества вод и экосистем при различных сценариях изменений климата и антропогенной деятельности».


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!