Размещено на http://www.allbest.ru

УДК 574.4; 631.46

биологические свойства залежных черноземов Ростовской области

Прудникова Маргарита Алексеевна

аспирант

Даденко Евгения Валерьевна

к.б.н., доцент

Казеев Камиль Шагидуллович

д.г.н., профессор

Ермолаева Ольга Юрьевна

к.б.н., старший преподаватель

Колесников Сергей Ильич

д.с-х.н., профессор

Южный федеральный университет,

Ростов-на-Дону, Россия

Выявлена закономерность увеличения биологической и ферментативной активности с увеличением возраста залежи от 10 до 82 лет. Индикатором восстановления черноземных степей может служить активность инвертазы и содержание гумуса, а также снижение плотности почвы. Интегральный показатель биологических свойств снижается по мере снижения возраста залежей: 82 г. (100%) - 26 лет (84%) - 16 и 10 лет (74%) - пашня (64%)

The regularity that increases biological and enzymatic activity with increasing the age of the deposits of 10 to 82 years has been shown. The indicator of recovery of black leached soil steppes can be presented as invertase activity and humus content, as well as reducing the density of the soil. Integrated indicator of the biological properties decreases with decreasing age deposits: 82 years (100%) - 26 years (84%) - 16 and 10 years (74%) - arable land (64%)

Ключевые слова: залежь, ферментативная активность, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, чернозем, демутационные процессы

Keywords: SOD FIELD, ENZYME ACTIVITY, BIOLOGICAL ACTIVITY, SOIL OF SOUTHERN RUSSIA, DE-MUTATIONAL PROCESSES

Введение

В настоящее время происходит выведение сельскохозяйственных земель из севооборота из-за интенсивного ведения хозяйственной деятельности, нарушения агротехники, влияния экономических факторов и целого ряда других причин. В связи с этим особую актуальность приобретает решение вопросов, связанных с перспективами использования залежей и оценки интенсивности процессов их восстановления. В настоящее время процессы восстановления степных ценозов после длительного периода антропогенного воздействия (возделывание сельскохозяйственных культур) остаются малоизученными. При остепнении бывших сельскохозяйственных угодий выделяют следующие стадии: бурьянистая стадия > стадия корневищных растений > стадия дерновинных злаков. Окончанием сукцессии является переход растительного сообщества в климаксовое состояние, однако этот процесс занимает несколько десятилетий [11,22,24,25]. чернозем залежь активность возраст

При выводе черноземов из сельскохозяйственного оборота прекращения антропогенного воздействия природные почвообразовательные процессы способствуют регенерации пахотных почв: бывшие пахотные горизонты трансформируются по дерновому типу, отмечается увеличение гумусированности, формирование комковато-зернистой структуры, повышение ее водоустойчивости, снижение плотности [1].

Диагностика и оценка почв по особенностям строения почвенного профиля, их физическим и физико-химическим свойствам характеризует относительно консервативные признаки и свойства почвы. Микробиологические и биохимические показатели отражают динамичные свойства почв и являются индикаторами процессов жизни почвы [15,16]. Применение показателей биологической активности хорошо зарекомендовало себя как дополнительный генетический показатель [12-14,16,17,20], а также при диагностике разных антропогенных воздействий на почву [8-10,18,19]. Различные аспекты применения ферментативной активности в биодиагностике почв приведены в работах [6,7,16,21].

Целью работы являлось изучение изменения биологических свойств залежных черноземов обыкновенных Ростовской области в зависимости от их возраста.

Объекты и методы исследований

Черноземы занимают обширные площади Юга России и составляют главный земельный ресурс сельскохозяйственного производства. Биологические свойства черноземов подробно охарактеризованы в литературе [4,5,12,13,15]. Главнейшие обладатели черноземного фонда - Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская и Волгоградские области. Черноземы юга России сформированы под степной растительностью. Степи характеризуются неравномерным увлажнением и различным тепловым режимом, что обуславливает различия в почвенном покрове [2,3].

В 2010-2011 гг. был исследован участок степи, представляющий собой памятник природы «Степь Приазовская», расположенный в подзоне разнотравно-типчаково-ковыльных степей рядом с пос. Танаис Мясниковского района Ростовской области. Участок исследования представляет собой серию залежей - пашню, оставленную без сельскохозяйственной обработки в разные годы (в 1930-х гг., в 1986 г., 1996 г., 2002г.). Каждую отдельную залежь можно принять как определенный этап сукцессии. Кроме этого рядом находится участок пашни ОПХ ЮФУ «Недвиговка», от которого и выводились из сельскохозяйственного производства земли. Самый старый залежный участок был исключен из хозяйственного использования 82 года назад и практически восстановил естественную степную флору. Почва - чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый.

Проведенные исследования включали изучение флоры и растительности залежных участков, ферментативной активности, содержание гумуса. Повторность опытов -- 4-6-кратная. Общая численность микроорганизмов определена люминесцентно-микроскопическим методом [23] в 3-6 кратной повторности. Твердость почв - сопротивление пенетрации - определяли в полевых условиях с помощью пенетрометра Eijkelkamp на глубину 50 см с интервалом 5 см.

Результаты и их обсуждение

Молодая залежь представляет собой мозаичное сообщество из многолетних сорных корнеотпрысковых видов, таких как молочай лозовидный (Euphorbia virgultosa Klok.), молочай тонкий (Euphorbia subtilis Prokh.), полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.). Им сопутствуют многочисленные однолетники, двулетники полей и залежей. К ним относятся амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia), чертополох колючий (Сarduus acantnaides), шпорник метельчатый (Consolida paniculata (Host) Schur), горошек тонколистный (Vicia tenuifolia Roth ).

На средневозрастных залежах 16-летней давности растительность имеет ярко выраженную пятнистость. Пятна образованы корневищными и корнеотпрысковыми растениями: полынью обыкновенной (Artemisia vulgaris L.), пырей (Elytrнgia). Однако эти растения образуют группы среди сорных растений и однолетников, таких как овес пустой (Avena fatua L.), амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia L.), чертополох колючий (Carduus acanthoides L.).

На залежах 26-летнего возраста наблюдается по мере уплотнения почвы разрастания дерновинных злаков. Здесь доминируют типчак (Festuca valesiaca Gaudin), вейник наземный (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.). Однако под пологом типичных степняков здесь еще хорошо чувствуют себя сорные многолетники. Корнеотпрысковые многолетники, такие как тысячелистник венгерский (Achillea pannonica Scheele), бодяк полевой (Cirsium arvense (L.) Scop.).

Стадия вторичной разнотравно-типчаково-ковыльной степи достигается сообществами за различные сроки в зависимости от почвенных условий и антропогенного воздействия. Так, настоящая вторичная разнотравно-типчаково-ковыльная степь была описана нами на залежи возрастом 82 года. В рассматриваемых сообществах доминируют ковыль волосовидная(Stipa capillata L.), типчак (Festuca valesiaca Gaudin ). А о том, что это залежь, свидетельствует наличие таких растений как: пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.), полынь горькая (Artemisia absinthium L.). Так же встречаются шалфей остепненный (Salvia tesquicola Klok. Et Pobed.), молочай лозовидный (Euphorbia virgultosa Klok.), тысячелистник венгерский (Achillea pannonica Scheele). Из бобовыхотмечены люцерна румынская (Medicago romanica Prob), солодка голая (Glycyrrhiza glabra L.).

Таким образом, на исследованных участках отмечены следующие стадии демутационных сукцессий: бурьянистая, корневищная, дерновинная и стадия вторичной разнотравно-типчаково-ковыльной степи.

Проведенные исследования показали, что твердость почв вниз по профилю везде увеличивается с 127-284 до 684-960 Н/см². На глубине 5-10 см наибольшая твердость на пашне и старой залежи (500 и 284 Н/см²). Твердость почвы пашни на глубине 10-20 см больше, чем на залежах разных возрастов, это связанно с интенсивным воздействием сельскохозяйственной техники и образованием глыбистой структуры. На глубине 20 см твердость почв всех залежах и пашне выравнивается, затем происходит ее уплотнение в разной степени. Наименьшее уплотнение почвы с глубиной наблюдается на залежи 1930 г.

Наибольшее различие в содержание гумуса отмечено в верхних горизонтах. В почвах 82-летней залежи содержание гумуса в 2 раза больше по сравнению с другими образцами, исключение составляет только залежь 1986 г, которая по содержания гумуса приближается к залежи 1930 года (рис. 1А). Эти различия сохраняются до глубины 20-30 см, т.е. в горизонте подвергающемуся непосредственному воздействию при сельскохозяйственном использовании, ниже отличия незначительные.

Согласно шкалам Д.Г. Звягинцева (1978) для оценки степени обогащенности почв ферментами все изученные черноземы по активности каталазы относятся к среднеобогащенным почвам, исключение составляет почва залежи 1930 года, которая относятся к богатой почве. По активности дегидрогеназы относятся к богатым почвам, исключением является чернозем залежи 1986 года и пашни, они относятся к среднеобогащенной почве. По активности инвертазы почва залежи 1930 года относится к очень богатой почве, а почвы остальных залежей и пахотный вариант к богатой почве.

Ранее было показано, что наиболее чувствительными диагностическими показателями определения последствий влияния распашки на свойства почв являются активность инвертазы и дегидрогеназы, имеющих прямую зависимость от содержания гумуса [7,13]. Наши исследования показали, что активность этих ферментов максимальна в черноземе залежи 30-х годов. Причем эти отличия максимальны в верхних горизонтах. Активность инвертазы в залежном черноземе 1930 г., превышает на 6-33% таковую в почве залежи 1986 г., на 30-45% залежи 1996 г., на 33-55% залежи 2002 г. и на 38-64% в пахотном варианте. Активность дегидрогеназы в черноземе залежи 1930 года превышает на 30-42% таковую в почве остальных залежей и на 58 % в пахотном варианте.

Профильное распределение активности дегидрогеназы отличается неоднозначностью, то повышаясь, то понижаясь в различных частях профиля. Распределение активности инвертазы по профилю чернозема залежных участков 1930 и 1986 годов отличается более резким снижением в поверхностных горизонтах по сравнению с залежами 1996, 2002 годов и пахотного варианта (рис.1В). В пахотном варианте чернозема обыкновенного изменения показателей в поверхностных горизонтах более плавное, чем на залежах. Это объясняется выравненностью условий в пахотном горизонте.

В отличие от дегидрогеназной и инвертазной активности, активность каталазы изменяется незначительно в исследуемых почвах, причем наибольшая активность наблюдается на пашне по всему профилю. На глубине 30 см происходит ее увеличение в черноземе залежи 1986 года.

Выявлено увеличение численности микроорганизмов в почвах залежей по сравнению с пашней (рис.2). Например, в почве старой залежи по сравнению с пашней она больше на 16%.

Рис. 2. Профильное распределение микроорганизмов в почвах залежей разных возрастов

При рассмотрении профильного распределения численности микроорганизмов наблюдается ее снижение с глубиной. Уже на глубине 30 см численность меньше на 30-34%, кроме залежи 1996 г. и пашни. В почве залежи 1996 г. отмечено снижение на 17%, а в пахотном варианте на 43%. Для удобства сравнения биологических свойств и оценки биогенности различных почв юга России проведен расчет ИПБС, когда за 100% принимается максимальное значение того или иного показателя, а затем рассчитываются соответственно более низкие процентные отношения [16]. При расчете ИПБС в него включили содержание гумуса, активности каталазы, дегидрогеназы и инвертазы, численность микроорганизмов.

Значения ИПБС максимальны на залежи 1930 года, а минимальные на пашне (рис.3). При оценке степени деградации почв выведенных из сельскохозяйственного оборота на основе ИПБС видно, что степень сильной деградации отмечается на пашне, а на залежах 10-26 летнего возраста степень деградации средняя [16]. Выведение пахотного чернозема обыкновенно из сельскохозяйственного использования приводит к восстановлению ИПБС.

Рис. 3. Значения ИПБС залежей разных возрастов

Причем значения ИПБС залежей 2002 и 1996 года не отличаются друг от друга и ровно 74%, т.е. за 9-15 лет происходит восстановление биологических свойств всего на 10%. А ИПБС залежи 1986 года меньше залежи 1930 года на 17%. Выявлено, что восстановление свойств черноземов обыкновенных коррелирует с их возрастов, а общую закономерность восстановление залежей можно описать с помощью уравнения регрессии:

y = -0,004x² + 0,765x + 64,60.

Выводы

1. На исследованных участках отмечены следующие стадии демутационных сукцессий: бурьянистая, корневищная, дерновинная и стадия вторичной разнотравно-типчаково-ковыльной степи.

2. Выведение чернозема обыкновенного из сельскохозяйственного оборота приводит к восстановлению его биологических свойств. Почва, находящаяся в залежи более 80 лет приближается по биологическим показателям к целинным степям, промежуточное положение занимает участок находящейся в залежи 25 лет.

3. Основные различия между залежными почвами отмечены для верхних горизонтов (до глубины 20-30 см), подверженных непосредственному воздействию при сельскохозяйственном использовании. В пахотном варианте чернозема обыкновенного изменения биологических показателей более плавное, чем на залежах. Это связано с выравненностью свойств почвы при регулярном перемешивании пахотного слоя.

4. Индикатором восстановления степей может служить активность инвертазы и содержание гумуса, а также снижение плотности почвы. Интегральный показатель биологических свойств снижается по мере снижения возраста залежей: 82 г. (100%) - 26 лет (84%) - 16 и 10 лет (74%) - пашня (64%).

Литература

1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель, выбывших из активного сельскохозяйственного производства. Под редакцией Романенко Г.А. М.: ФГНУ, «Росин-формагротех». 2008. 64 с.

2. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Эверест», 2008. 276 с.

3. Вальков В.Ф., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Почвы Юга России: классификация и диагностика Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2002.168с.

4. Вальков В.Ф., Казадаев А.А., Гайдамакина Л.Ф., Паремузова Л.А., Пилипенко О.Ф., Стась А.А., Нечепуренко В.Э. Биологическая характеристика чернозема обыкновенного// Почвоведение, 1989, № 7, С. 67-73.

5. Гончарова Л.Ю., Безуглова О.С., Вальков В.Ф. Сезонная динамика содержания гумуса и ферментативной активности чернозёма обыкновенного карбонатного // Почвоведение, 1990, № 10. С. 86-83.

6. Даденко Е.В. Методические аспекты применения показателей ферментативной активности в биодиагностике и биомониторинге почв. Диссертация канд. биол. наук. Ростов-на-Дону, 2004, 158 с.

7. Даденко Е.В., Казеев К.Ш. Влияние различных сроков и способов хранения почвенных образцов на ферментативную активность чернозема // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Приложение. 2004. № 6. С. 61-65.

8. Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Восстановление ферментативной активности чернозема после воздействия гамма-излучения // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. № 1. С. 89-93.

9. Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Радиочувствительность разных групп микроорганизмов чернозема обыкновенного к гамма-излучению // Экология. 2008. № 2. С. 110-115.

10. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние гамма-излучения на биологические свойства почвы (на примере чернозема обыкновенного) // Почвоведение. 2005. № 7. С. 877-881.

11. Дикарева Т.В., Опарин М.Л., Растительность северной части сухих степей заволжья и её антропогенные производные на залежах и пастбищах// Поволжский экологический журнал, 2002, № 3, с. 199 - 216

12. Казадаев А.А., Булышева Н.И., Кременица А.М., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Абрамова Т.И. Некоторые биологические особенности чернозема обыкновенного Нижнего Дона (целинный участок ООПТ «Персиановская степь») // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2004. № 4. С. 91-101.

13. Казеев К.Ш., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биогеография и биодиагностика почв Юга России. Ростов-на-Дону: изд-во Ростиздат, 2008. 226 с.

14. Казеев К.Ш., Козин В.К., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологические особенности почв влажных субтропиков России // Почвоведение. 2002. № 12. С. 1474.

15. Казеев К.Ш., Колесников С.И, Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. 350 с.

16. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д: Изд-во ЦВВР, 2003. 350 с.

17. Казеев К.Ш., Кременица А.М., Колесников С.И., Казадаев А.А., Булышева Н.И., Утянская С.В., Внукова Н.В., Вальков В.Ф. Биологические свойства почв каштаново-солонцовых комплексов // Почвоведение. 2005. № 4. С. 464-474.

18. Казеев К.Ш., Лосева Е.С., Боровикова Л.Г., Колесников С.И. Влияние загрязнения современными пестицидами на биологическую активность чернозема обыкновенного // Агрохимия. 2010. № 11. С. 39-44..

19. Казеев К.Ш., Тер-Мисакянц Т.А., Кузнецова Ю.С., Поляков А.И., Кутузова И.В., Мазанко М.С., Прудникова М.А., Колесников С.И. Влияние вырубки леса на биологические свойства горных почв Западного Кавказа // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 82. С. 187-197.

20. Казеев К.Ш., Фомин С.Е., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологические особенности локально-гидроморфных почв Ростовской области // Почвоведение. 2004. № 3. С. 361-372.

21. Кузнецова Ю.С., Казеев К.Ш. Влияние засоления на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Астраханской области // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2010. № 1. С. 90-93.

22. Марынич О.В., Рачковская Е.И., Садвокасов Р.Е., ТемирбековС.С. Перспективы восстановления залежей в Северном Казахстане// Степной Бюллетень №12 осень 2002 

23. Методы почвенной микробиологии и биохимии. Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.; Изд-во МГУ. 1991. 304с.

24. Новикова Л.А., Восстановления растительности на залежах «Кунчеровской лесостепи»// Вестник ОГУ, 2009,№6, с. 281- 285.

25. Новикова Л.А., Полозова М.О. Восстановление растительности на залежах «Островцовской лесостепи»//Вестник ОГУ, 2009, №6, с.286- 290

Размещено на Allbest.ru