Изменение растительности на мелиорированных солонцовых почвах Приергенинской равнины за 10 лет (Республика Калмыкия)

На протяжении длительного времени, включающего проведение эксперимента по мелиорации в 1950-1970 гг. и в постмелиоративный период 1970-2018 гг., "климатический фон" не оставался неизменным. Как показал анализ длительного ряда данных, выполненный Н.А. Шумовой (2019), в межгодовом распределении среднегодовой температуры воздуха за период 1966 -2017 гг. выделяются два временных интервала: период пониженных значений температур, который продолжался с 1966 по 1994 гг., и период повышенных значений после 1994 г. В межгодовом распределении годовых сумм осадков пониженные значения наблюдались в период до 1986 г., а после с 1986 по 2013 гг. осадки превышали средние многолетние значения. После 2013 г. наметилась относительная тенденция пониженных осадков (Шумова, 2020). Межгодовое распределение гидротермического (ГТК) и коэффициента увлажнения (КУ) полностью соответствует межгодовому распределению осадков: до 1986 г. наблюдается период пониженных значений исследуемых величин, затем до 2013 г. отмечаются значения выше средних, а после 2013 г. наступил период относительно пониженного увлажнения на фоне общего невысокого достоверного тренда увеличения осадков за год и за теплый период (Шу мова, 2020). Таким образом, из этого исследования можно вывести, что в период проведения мелиорации с 1966 по 1970 гг. естественное увлажнение территории за счет влаги атмосферных осадков было максимальным, в период постмелиоративного развития с 1970 по 2008 г. влагообеспеченность снизилась и была ниже среднемноголетних значений, а в период между двумя нашими наблюдениями с 2008 по 2013 гг. - выше, а затем с 2013 по 2017 гг. - вновь немного снизилась. Изменение во влагообеспеченности территории могло сказаться по-разному на процессе засоления-рассоления почв в постмелиоративный период и на восстановлении растительности.

Рассмотрение "фоновых процессов" в почвах на примере изменения содержания водорастворимых солей в почвенном профиле целинного солонца показывает, что без воздействия человека с 1950 г. в слое 0-20 см происходило постепенное снижение их содержания и к 2008 г. этот горизонт из сильно засоленного стал незасоленным, а в 2018 г. это состояние сохранилось (рис. 1а). Нижележащие горизонты на глубине 70-100 см - слабо засолены, затем со 100 до 150 см - снова незасоленные и далее до глубины 180 см - слабо засолены. В 2018 г. с глубины 30 см засоление возрастает до среднего, а с глубины 70 см - до сильного (табл. 1).

Изменение почв. К 2008 г., как показали исследования (Новикова и др., 2011, 2018; Панкова и др., 2019), в почвах на изучаемой территории сохранялись свойства, приобретенные под воздействием распашки и длительного орошения: исходные солонцы трансформировались в почвы, не встречающиеся в целинных условиях. Все эти почвы относятся к одному типу - агроземы текстурно-карбонатные глубокозасоленные. В почвенном профиле выделяются пахотный (0 -45 см) и

подпахотный (50-60 см) горизонты, на большей части участков они промыты от солей, в них уменьшилось содержание обменного натрия. К 2018 г. в сравнении с 2008 г. в этих горизонтах в отношении засоления выявлены три тенденции (рис. 1б, табл. 1): на двух участках под лесопосадками, ранее слабо промытых от солей (точки 39 и 41, горизонты 0-40 и 0-20 см соответственно), продолжилось рассоление, а горизонт углубился на 15 см, и, таким образом, в первом случае и пахотный, и подпахотный горизонты оказались рассолены, во втором - только верхняя часть пахотного горизонта. В почвах под бывшими садом и лесопосадками (35, 37) и пашней (точки 36, 40) нижняя граница рассоленного горизонта поднялась к поверхности от 5 до 40 см, и, таким образом, в точке 35 незасоленной осталась только верхняя часть пахотного горизонта, в точке 36 - пахотный горизонт, в точке 40 - пахотный и подпахотный горизонты, а в точке 37 - верхний горизонт до глубины 95 см. В остальных точках (38 и 43) мощность горизонта, свободного от солей, не изменилась, как и на целинном солонце (точка 44).

Рис. 1. Содержание водорастворимых солей в целинном солонце (а - точка 44) и в агроземе (б - точка 37) в разные годы наблюдений.

Состав солей пахотного и подпахотного горизонтов изменился неоднозначно (табл. 1): на большинстве участков (точки 35, 37-41) ранее в водной вытяжке преобладали анионы сульфатов, а в 2018 г. стали преобладать анионы хлора. На участке 43 химизм остался прежним, а на участке 36 в составе анионов стали преобладать сульфаты при участии хлора. На целинном солонце в промытом от солей горизонте состав анионов также лишен хлора.

На целинном солонце глубина горизонта максимального содержания солей, также как и сумма солей (0.62-0.67%), осталась без изменения и залегает на глубине 70-110 см, в то время как на участках 35 и 36 этот горизонт переместился с глубины 100 см непосредственно под подпахотный горизонт, а в точке 43 - под подпахотный, но засоление везде снизилось. На большинстве участков верхняя граница этого горизонта поднялась с глубины 100 см ближе к поверхности, но сумма солей тоже снизилась (точки 38, 40, 41), в точках 39 -40 солевой максимум остался на прежней глубине, при этом засоление несколько увеличилось. Отмеченные нами изменения засоления почв пока не нашли отражения в растительности. Хотя увеличение засоления в подпахотном горизонте и увеличение присутствия ионов хлора может негативно воздействовать на древесные и кустарниковые виды.

Растительность. Изменение видового состава. Общее число учтенных видов в годы наблюдений с интервалом в 10 лет (2008 и 2018 гг.) на одних и тех же геоботанических площадках уменьшилось с 70 до 62. Помимо этого произошло сильное изменение видового состава. Из списка видов 2008 г. выпала почти половина (35 видов), а к 2018 г. внедрились 27 других видов. Эти изменения произошли преимущественно в группах многолетних и однолетних травянистых растений. На всем экспериментальном участке продолжается постепенное усыхание и выпадение древесных и кустарниковых видов (Populus album, Quercus robur, Ulmus pumila, Acer tatarica, Cotinus coggygria).

Таблица 1. Особенности мелиорации и засоление почв в точках наблюдения на экспериментальном участке IV, Аршань-Зельмень.

Примечание к таблице 1. Глубина пахотного горизонта: * - 45 см; ** - 20 см; *** - данные только для 2008 г., для 2018 г. отсутствуют.

И только у груши (Pyrus communis) и золотистой смородины (Ribes aureum) отмечено порослевое и семенное возобновление. В составе наблюдаемых сообществ на учетных площадках из 6 древесных видов остались три, а из числа 4 кустарников остались 2 вида. Среди полыней не встречена в 2018 г. широко распространенная ранее полынь Artemisia santonica, характерная для первых стадий зарастания засоленной залежи, но появились А. arenaria, характерная для зарастания пашни и A. taurica, характерная для более южных районов Республики. Снижение участия полыней на целинной территории также отмечено в 2018 г. В то же время отмечается (табл. 2) расширение распространения таких видов как: Artemisia lerchiana, Tanacetum achilleifolium, Poa bulbosa, Stipa lessingiana, Leymus ramosus, A. austriaca, являющихся индикаторами разных стадий вторичной сукцессии на залежи орошаемой пашни (Джапова, 2007).

Эти виды в 2018 г. встречены практически на всех учетных площадках (табл. 2). Наблюдается расширение распространения типчака (Festuca valesiaca), впервые отмечено присутствие Koeleria cristata. Эти злаки характерны для более поздних, завершающих стадий сукцессии. Однако фитоценотическое значение большей части видов по сравнению с 2008 г. в целом снизилось с 2-3 баллов до 2, доминирование индикаторных видов не отмечено ни на одном из участков. Это явление можно рассматривать и как выравнивание фитоценотической роли видов, что характерно для изменения структурной организации растительных сообществ в процессе их сукцессионного развития. В 2008 г. ярко-зеленый аспект создавали эфемеры и эфемероиды, а в 2018 г. седоватый - полынь Лерха (Artemisia lerchiana), полынок (Artemisia austriaca) и плодоносящие экземпляры ковыля сарептского (Stipa sareptana).

Таблица 2. Распространение и фитоценотическое значение индикаторных видов стадий сукцессии.

Анализ сходства видового состава растительных сообществ. Как видно на дендрограмме (рис. 2), все сообщества в зависимости от видового богатства разделились на две группы по датам их описания в 2008 и 2018 гг. При этом сходство видового состава сообществ 2018 г. достигает 56 -77% в сравнении с 37-57% в 2008 г. Этот явление можно объяснить тем, что отмеченное выше расширение распространения многих видов способствовало выравниванию видового состава растительных сообществ на всех точках наблюдения и обусловило увеличение их сходства в 2018 г.

Любопытно, что видовой состав мелиорированных участков за оба года наблюдения существенно отличается от видового состава целинного солонца (№ 44 - 19) в 2008 г., в то время как видовой состав этого же участка (№ 44 - 20) в 2018 г. тоже кардинально изменился и оказался близок (61% сходства) группе растительных сообществ, претерпевших разные виды мелиорации. В то же время выделились два участка (№ 37 - 6, № 39 - 10), имеющие в 2018 г. наименьшее сходство с остальными. Это можно объяснить тем, что данные участки ранее испытали лесомелиорацию и длительное орошение и древесные виды именно на этих участках сохраняются до сих пор, что тормозит развитие восстановительной сукцессии.

Фитоценотическая структура. Несмотря на уменьшение общего числа в списке учтенных видов в 2018 г. в сравнении с 2008 г., видовое богатство в сообществах на каждой конкретной учетной площадке увеличилось в 1.5-2.5 раза за счет расширения распространения травянистых многолетников: злаков (Stipa lessingiana, Festuca valesiaca), полыней (Artemisia austriaca, A. lerchiana) и разнотравья (Tаnаcetum аchilleifolium) - руководящих видов зональных растительных сообществ, характерных для светло-каштановых почв (табл. 2, 3). Исключение составляет точка 37 (участок древесных насаждений с поливом), где число однолетних и многолетних трав снизилось в два раза по сравнению с 2008 г. и где доминирует Leymus ramosus - вид, характерный для первых стадий зарастания залежи, но присутствуют виды, характерные для более поздних стадий сукцессии, вплоть до IV.

Рис. 2. Сходство видового состава растительных сообществ на участках, претерпевших комплексную мелиорацию 38 (2008 г.) и 48 (2018 г.) лет назад. Условные обозначения: крестиками обозначены точки, описанные в 2008 г., кружками - в 2018 г.

Подрисуночная таблица. Соответствие точек исследования их индексации на дендрограмме:

Наблюдения 2018 г. показывают (табл. 3), что современные растительные сообщества имеют пока неоднородную структуру - пятнисто-зарослевое распределения видов, задернованность сильно варьирует (от 5 до 80%) и в среднем составляет 62%, еще остаются значительные участки голой земли (в среднем 28.5%), сукцессионный процесс идет не "единым фронтом", а дифференцированно. На одних участках мы можем отнести растительные сообщества к IV стадии сукцессии, другие, в основном на участках с сохранившимися деревьями, задержались на II и III стадиях.

Для IV стадии сукцессии, к которой мы отнесли большую часть растительных сообществ, важным диагностическим признаком является внедрение и доминирование плотнодерновинных злаков и замена ковыля перистого (Stipa саріїїаїа) ковылем Лессинга (S. Іеззіпдіапа). Это было заметно визуально во время полевых работ по аспектированию белой полыни и ковыля в 2018 г. Festuca valesiaca встречена уже на 4 участках вместо 1, как это было в 2008 г. Вместе с тем известно, что увеличение фитоценотической роли как FestucQ уаіезіаса, так и Роа ЬиІЬоза является признаком возрастания пастбищных нагрузок, что следует учитывать при диагностике сукцессионных восстановительных процессов. В соответствии с существующими представлениями о сукцессионной динамике (Оловянникова, Эрпорт, 1983; Джапова, 2007), в дальнейшем следует ожидать возрастания фитоценотического значения ковыля Лессинга и тонконога (Коеіегіа cristаtа) и расширения распространения многолетнего разнотравья.

Фитоценотическое значение большинства видов в 2018 г. и общее проективное покрытие трав в сообществах снизилось в сравнении с 2008 г. (табл. 3), хотя, исходя из теоретических представлений, следовало ожидать увеличения этих показателей. На данном этапе это может быть объяснено погодными условиями, более сухой весной 2018 г. и меньшим развитием весенневегетирующих эфемеров и эфемероидов, которые обычно дают высокое проективное покрытие. Однако для большей достоверности необходимо провести дополнительные наблюдения еще за ряд лет.

Таблица 3. Характеристика растительных сообществ на постоянных геоботанических площадках в 2008 и 2018 гг.

Изменение надземной фитомассы. В 2018 г. по сравнению с 2008 г. надземная фитомасса была выше почти на всех исследованных участках, включая и целинный (рис. 3, точка 44). Исключение составляют точки на залежи 38 и 40, где фитомасса в 2018 г. оказалась ниже, чем в 2008 г. При среднем значении надземной фитомассы в воздушно-сухом весе на всех участках в 2008 и 2018 гг., равном 734 и 849 ц/га соответственно, среднее квадратичное отклонение значений по всем точкам (о) составило 311 и 235 ц/га, что позволяет нам сделать вывод о том, что к 2018 г. разброс значений (отклонение значения в каждой точке от среднего значения) несколько уменьшился, т.е., как и в случае с видовым составом, произошло сближение значений на точках наблюдения. На кратковременно мелиорированном участке (точка 35) фитомасса в 2008 г. была самой низкой в сравнении с длительно мелиорированными, а в 2018 г. оказалась им близка и превысила значение целинного участка (точка 44). В формировании фитомассы в 2018 г. повысилось участие видов полыни, составившее в среднем 28% от всего веса укосов, злаки - 57%. В 2008 г. эти значения были в пределах 10% и 70% соответственно.

М 1,,= 2 3 4

Рис. 3. Надземная фитомасса травяного яруса растительных сообществ на мелиорированных участках (35-43) и на целине (точка 44) в 2008 (1) и 2018 гг. (2) по сравнению со средними значениями фитомассы на мелиорированных участках в 2008 (3) и 2018 гг. (4).

Выводы

Список литературы

1. Власов С.И., Зайцев Н.М. 1950. Защитные лесонасаждения в орошаемых условиях Прикаспийской низменности // Полезащитное лесоразведение на Ергенях и Прикаспийской низменности. Труды института леса. Т. XLII. М.: Изд-во АН СССР. С. 99-131.

2. Джапова Р.Р. 2007. Динамика растительного покрова Ергенинской возвышенности и Пркаспийской низменности в пределах республики Калмыкия. Автореф. дисс. ... док. биол. наук. М.: МГУ, биофак. 47 с.

3. Зайцев Н.М. 1955. Почвы четвертого опытного орошаемого участка // Почвенный и растительный покров Аршань-Зельменского стационара. Труды института леса. Т. XXVIII. М.: Изд-во АН СССР. С. 177-197.

4. Новикова А.Ф., Конюшкова М.В., Контобойцева А.А. 2011. Изменение свойств солонцов Приергенинской равнины Калмыкии в условиях лесомелиорации в результате длительного антропогенного воздействия // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. Вып. 69. С. 87-99.

5. Новикова Н.М., Конюшкова М.В., Уланова С.С. 2018. Восстановление растительности на мелиорированных солонцовых почвах Приергенинской равнины (Республика Калмыкия) // Аридные экосистемы. Т. 24. № 3 (76). С. 74-88. [Novikova N.M., KonyushkovaM.V., Ulanova S.S. 2018. Vegetation Restoration on Reclaimed Soils on the Peri-Yergenian Plain (Republic of Kalmykia) // Arid Ecosystems. Vol. 8. No. 3. P. 213-224.]

6. Новикова Н.М., Новикова А.Ф., Конюшкова М.В. 2012. Антропогенная трансформация почв и растительности в результате лесоразведения в опустыненных степях // Поволжский экологический журнал. № 2. С. 216-230.

7. Оловянникова И.Н., Эрперт С.Д. 1983. Экспериментальное изучение сукцессионных процессов в полупустынном комплексе Северного Прикаспия // Эколого-ценотические и географические особенности растительности. М.: Наука. С. 184-196.

8. Пак К.П. 1958. Мелиорация солонцов Прикаспийской низменности в условиях орошения и культуры многолетних трав // Вопросы мелиорации солонцов. М.: Изд-во АН СССР. С. 43-70.

9. Панкова Е.И., Горохова И.Н., Конюшкова М.В., Любимова И.Н., Базыкина Г.С. 2019. Современные тренды развития почв солонцовых комплексов на юге степной и в полупустынной зонах в природных условиях и при антропогенных воздействиях // Экосистемы: экология и динамика. Т. 3. № 2. С. 44-88.

10. Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб.: Мир и семья. 992 с.

11. Шумова Н.А. 2019. Межгодовая изменчивость гидротермических условий в Республике Калмыкия // Вестник Института комплексных исследований аридных территорий. № 1 (38). С. 28-32.

12. Шумова Н.А. 2020. Анализ климатических условий в республике Калмыкия за период 1966 -2017 гг. // Аридные экосистемы. Т. 26. № 3 (84). С. 3-9.

Размещено на Allbest.ru