Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

эколого-генетические особенности и антропогенная трансформация рендзин черноморского побережья Кавказа

03.00.16 - экология

03.00.27 - почвоведение

кутровский михаил алексеевич

Ростов-на-Дону - 2006

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования

Ростовского государственного университета

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Вальков Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Полуэктов Евгений Валерианович

кандидат биологических наук, доцент

Чумаченко Юрий Алексеевич

Ведущая организация: Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар

Защита состоится 6 декабря 2006 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета К 212.208.07 по биологическим наукам при Ростовском государственном университете по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, РГУ, зал заседаний. (E-mail: ecology@bio.rsu.ru; факс: (8632)263-87-23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан 1 ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент О.Ф. Пелипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рендзины - дерново-карбонатные почвы в силу своей экологической интразональности встречаются во всех биоклиматических условиях, от тропиков до полярных областей, и везде эти почвы имеют как общие черты, так и общую интразональную специфику. На Северном Кавказе они занимают 1218 тыс. га. или 4,3% площади региона (Вальков, Штомпель, Тюльпанов, 2002). Почвы засушливой зоны субтропического редколесья и кустарников Черноморского побережья в районе Новороссийск - Геленджик имеют свою индивидуальность почвообразования. Это связано со средиземноморским типом биоклиматических условий, пересеченным рельефом низких гор, преобладанием известняков, мергелей и их элювия. В современной литературе вопросы экологии, генезиса и свойств рендзин района Новороссийск-Геленджик не освещены. Все рендзины Северо-Западного Кавказа до настоящего времени были представлены одним типом дерново-карбонатных почв. Однако экологическая специфика исследуемой территории предопределяет необходимость выделения здесь особых почв, отличных от рендзин влажных лесов Кавказа.

Целью работы является определение специфики биологических и экологических свойств рендзин Черноморского побережья Кавказа по отношению к зональным почвам и рендзинам других территорий Северного Кавказа, и их изменение под воздействием антропогенных факторов.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Анализ экологических условий почвообразования. Определение классификационного положения рендзин района Новороссийск-Геленджик.

2. Экологическая и генетическая оценка карбонатности рендзин.

3. Изучение гумусового состояния рендзин в изучаемом районе как важнейшей эколого-генетической характеристики почв.

4. Изучение эколого-биологических показателей почв района, сформированных на разных почвообразующих породах. Оценка влияния карбонатности горных пород на экологические, биологические и другие свойства почв исследуемой территории.

5. Определение степени антропогенной трансформации рендзин при сельскохозяйственном использовании и воздействии других факторов.

Объекты, материалы и методы исследований. Объектом исследования выступают рендзины района Новороссийск-Геленджик. В результате полевых исследований на данных почвах было заложено и описано 27 почвенных разрезов: из них 10 заложено на коричневых почвах и 17 на рендзинах. Ряд разрезов исследовался в динамике. Проведенные исследования является комплексными, на стыке экологии и почвоведения. Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов (Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991; Практикум по почвоведению, 1986; Казеев и др., 2003). Определение численности микроартропод проводили совместно с профессором кафедры зоологии РГУ, д.б.н. А.А. Казадаевым и аспирантом кафедры зоологии РГУ Л.С. Везденеевой в почвенных образцах, отобранных послойно через 5 см (объемом 125 см3). Экстракцию микроартропод проводили в воронках по методу J. Balogh (1958) в течение 7 дней, без электрического обогрева. Численность бактерий учитывали методом посева почвенной суспензии на МПА, численность микромицетов учитывали методом посева почвенной суспензии на подкисленную среду Чапека. Содержание гумуса определяли по методу Тюрина (Агрохимические методы исследования почв, 1975), содержание карбонатов методом Шейблера (Практикум по почвоведению, 1986), фракционно-групповой состав гумуса по методу Тюрина в модификации Понамаревой и Плотниковой (Агрохимические методы исследования почв, 1975), гранулометрический состав определяли двумя методами: 1) метод Качинского (подготовка образцов к анализу по Качинскому), 2) метод Качинского с пирофосфатной подготовкой образцов) (Вадюнина, Корчагина, 1986), величину показателя рН определяли потенциометрическим методом (Практикум по почвоведению, 1986)., активность каталазы по методике Галстяна (1978), активность инвертазы по методике Галстяна в модификации Хазиева (1990), дыхание почвы по методике Макарова в модификации Казеева, Колесникова, Валькова (2003).

Личный вклад автора. В диссертацию вошли материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в результате полевых и лабораторных исследований (2003-2006 гг.) совместно с сотрудниками и аспирантами кафедр экологии и природопользования, почвоведения и зоологии РГУ. Результаты исследований и их анализ представлены в публикациях.

Научная новизна работы. В работе представлены новые подходы к экологической и таксономической оценке карбонатности и гумусового состояния рендзин, также предложны новые способы классификации рендзин по показателям содержания гумуса и карбонатов. Проведена сравнительная характеристика рендзин зоны сухих субтропиков с рендзинами более влажных лесных зон Кавказа и определено особое место рендзин исследуемого района в эколого-генетической классификации почв.

Практическая значимость. При оценке земельного фонда региона на всех административных уровнях рендзины в условиях средиземноморского климата представляют собой экологически особый тип почвообразования и являются почвами особой хозяйственной значимости. Картографические исследования и экологическая оценка почвенного покрова территории распространения этих почв предусматривает необходимость использования таксономических подразделений на уровне подтипа, рода и вида, учитывающих мощность, гумусовое состояние и карбонатность отдельных почвенных индивидуумов. Показана особая ценность экологических условий района и экологических свойств рендзин для виноградарства.

Основные защищаемые положения.

1. Рендзины Черноморского побережья Кавказа формируются в особых экологических условиях и отличаются по свойствам и признакам от зональных почв района. Выделены рендзины особого типа свойственного средиземноморскому типу почвообразованию, переходному к коричневым почвам и отличающегося от рендзин влажных гор и предгорий всего Северного Кавказа.

2. Генетические и экологические особенности формирования рендзин исследуемой территории определяют значительное варьирование содержания гумуса и карбонатов. Карбонатность почв и их скелетность необходимо учитывать при оценке содержания гумуса и других компонентов.

3. Высокое содержание карбонатов кальция не оказывает определяющего воздействия на биоту и биологическую активность рендзин.

4. Антропогенное воздействие на рендзины района Новороссийск-Геленджик приводит к резкой дегумификации и формированию значительной видовой и родовой изменчивости индивидуумов почвенного покрова. Ограничивающие факторы продуктивности рендзин: мощность корнеобитаемой толщи до плотных пород, каменистость профиля и содержание в нем карбонатов кальция.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научных конференциях аспирантов и молодых ученых РГУ (Ростов н/Д, 2004; 2005), на Молодежной научной конференции «Экологические проблемы в сельскохозяйственном производстве» (п. Персиановский, 2003), на Ежегодной Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2004, 2005, 2006), на научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону--Абрау-Дюрсо, 2004, 2005), на Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические и социально-экономические аспекты развития предгорной зоны Северного Кавказа» (Белореченск, 2005), на Международной научной конференции «Устойчивость наземных и водных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006), на Международном конгрессе почвоведов (Филодельфия, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, объемом 1,26 п.л. Доля участия автора в публикациях составляет 50%.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на ,,, листах печатного текста; состоит из введения, 9 глав, выводов, списка литературы; содержит 41 таблицу и 20 рисунков. Список литературы включает 114 литературных источников.

Автор глубоко признателен за помощь в работе научному руководителю д.б.н., проф. В.Ф. Валькову, а также д.г.н. К.Ш. Казееву, д.с.-х.н. С.И. Колесникову, д.б.н. А.А. Казадаеву, аспирантам РГУ Л.С. Везденеевой, М.А. Репях, И.Ю. Морозовой и всем сотрудникам кафедры экологии и природопользования РГУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. очерк истории изучения и классификационное положение рендзин

В главе подробно описана история изучения рендзин в классическом отечественном почвоведении со времен В.В. Докучаева до настоящего времени. Рассмотрено смысловое значение терминов «дерново-карбонатные почвы», «перегнойно-карбонатные почвы» и «рендзины» применительно к почвам, формирующимся на плотных карбонатных породах (известняках, мергелях, мраморах, мелах)». Представлена общая генетическая схема рендзин в разных природных условиях. Подробно расписано классификационное положение рендзин в профильно (субстантивно) - генетической классификации и эколого-генетической классификации почв.

Глава 2. экологические условия и факторы почвообразования

В главе дается подробное описание особенностей климатических условий района Новороссийск-Геленджик. Приводится описание растительного покрова, почвообразовательных пород и рельефа местности.

Глава 3. морфологические особенности рендзин района новороссийск-геленджик

При изучении почвенного покрова района Геленджик-Новороссийск нами были описаны рендзины неполноразвитые с мощностью почвенного профиля 40 см, и рендзины типичные мощностью от 60 до 90 см. В главе приводится подробное описание внешних признаков генетических горизонтов данных почв.

Глава 4. содержание карбонатов в рендзинах

Рендзины в связи со своей приуроченностью к карбонатным породам являются карбонатными почвами. Содержание карбонатов в профиле этих почв напрямую связано с содержанием карбонатов в материнской породе и интенсивностью процесса выщелачивания известковой породы, являющегося одним из ведущих почвообразовательных процессов в генезисе рендзин.

Содержание карбонатов в рендзинах района Новороссийск-Геленджик является очень варьирующей величиной, как в профиле почвы, так и в почвах в различных местах региона, хотя они являются почвами одного почвенного ареала (рис. 1).



Рис. 1. Вариационно-статистические показатели содержания карбонатов в рендзинах района Новороссийск-Геленджик, 2004-2006 гг. (n=17)

Так, например в рендзинах неполноразвитых, с мощностью почвенного профиля 30-40 сантиметров, которые в данном регионе приурочены к вершинам низких гор и основанию коротких пологих склонов, содержание карбонатов в горизонте А колеблется от 0,1 до 25,9 %, а в горизонте АD от 6,8 до 37,8% (табл. 1).

Наиболее промытые от карбонатов рендзины неполноразвитые, с мощностью почвенного профиля 40 сантиметров и вскипанием от соляной кислоты с глубины 15 сантиметров (разрез № 04/10, табл. 1), были описаны нами на вершине горы в юго-западном направлении от СОЛ «Лиманчик» к поселку Дюрсо, на высоте 250 метров над уровнем моря и уклоном местности 1-3 градуса.

Таблица 1

Содержание карбонатов в рендзинах неполноразвитых района Новороссийск-Геленджик

№ Разреза, место закладки	Горизонт	СаСО3, %	СаСО3, средневзвешенные % в профиле рендзин неполноразвитых
04/08 лес	A 0-25/25	25,9	31,0
	AD 25-35/10	31,0
	CD 35-55/20	37,8
04/10 лес	A 0-18/18	0,1	3,1
	AD 18-30/12	4,5
	CD 30-40/10	6,8
04/19 лес	А 0-20/20	6,8	18,0
	АD 20-40/20	29,2
04/20 лес	А 0-10/10	3,6	10,3
	АD 10-30/20	8,5
04/21 залежь	Апах 0-15/15	18,6	14,7
	АD 15-35/20	11,7
23/05 лес	А 0-12/12	1,9	6,2
	АD 12-28/16	9,4

Рендзины неполноразвитые с содержанием карбонатов в горизонте А 25,9 и в горизонте АD 37,8% (разрез 04/08, табл. 1) описаны в верхней части северного пологого длинного склона горы Круглая 250 метров над уровнем моря с уклоном 1-3 градуса.

Рендзины типичные в данном районе, в основном, приурочены к подножию длинных склонов и к холмистым межгорным участкам. Содержание карбонатов в таких почвах выше чем в рендзинах неполноразвитых (табл. 2), но также является величиной варьирующей и изменяется в верхних горизонтах (А и АВ) от 3,1% до 39% , а в нижних (ВС и С) от 18,8% до 43,9%. Такое варьирование содержания карбонатов в профилях рассматриваемых почв, а особенно в горизонте АD, в одинаковых климатических и орографических условиях возможно является следствием различного химического состава почвообразующей породы, а так же мощности глинистого элювия мергеля, на котором формируется почвенный профиль, так как профиль почвы, формирующийся на плотной плите известняка промывается от карбонатов лучше, нежели профиль почвы, формирующийся на мощном глинистом высоко карбонатном элювии мергеля. Особенно привлекает внимание варьирование содержания карбонатов в горизонте АD рендзин неполноразвитых.

Уровень содержания карбонатов в почвенном профиле рендзин является важным эколого-генетическим фактором. Исходя из того, что мощность горизонтов различна, а содержание карбонатов в профиле величина варьирующая, мы предлагаем использовать для оценки карбонатности рендзин такой показатель как средневзвешенный процент СаСО3 в наиболее активном корнеобитаемом слое 90 см. Это новый подход к оценке карбонатности, дополняющий результаты определений СаСО3 в отдельных генетических горизонтах и пересчет этих данных с учетом плотности почвенной массы в кг/м3.

Результаты анализов на содержание карбонатов и пересчет данных (табл. 1-2) на средневзвешенные проценты в почвенной толще 90 см, показали, что рендзины типичные района Новороссийск-Геленджик в наиболее активной корнеобитаемой толще содержат более 38% СаСО3. Такой уровень содержания карбонатов, опираясь на классификацию рендзин по карбонатности (Вальков, Кутровский, 2005), можно диагностировать как высококарбонатный.

По всем имеющимся в литературе данным (Крым, Молдова, Ставрополье, Северный Кавказ) такой уровень может быть оптимальным только для виноградной лозы, дающей на таких почвах продукцию совершенного качества.

Очень высокую карбонатность рендзин типичных необходимо отметить как специфическую региональность исследуемого района на уровне остальных территорий Северо-Западного Кавказа.

Таблица 2

Содержание карбонатов в рендзинах типичных района Новороссийск-Геленджик

Разрез	Горизонт	СаСО3, %	СаСО3, средневзвешенные % в профиле рендзин типичных
04/13 Лес	A 0-18/18	32,0	38,6
	AB 18-50/32	39,0
	BС 50-70/20	40,8
	С 70-90/20	42,0
04/14 Лес	A 0-26/26	22,4	33,0
	AB 26-44/18	32,6
	С 44-70/26	43,9
04/18 виноградник	А 0-15/15	29,0	31,6
	А 15-30/15	31,6
	СD 30-90/60	32,3
22/05 Лес	А 0-15/15	3,15	8,3
	А 15-30/15	5,25
	АВ 31-46/15	7,3
	АD 46-60/14	18,8
24/05 Лес	А 0-15/15	33,45	39,0
	А 15-30/15	39,7
	АВ 30-45/15	39,7
	АВ 45-60/15	39,7
	АD 60-90/30	40,75
27/05 Лес	А 0-20/20	25,1	32,7
	АВ 20-40/20	31,3
	АD 40-60/20	41,8

рендзин почвообразование карбонат гумусный

Генетический аспект карбонатности исследуемых рендзин заключается в таксономической близости конкретных почвенных разрезов, выделяемых как рендзины типичные. Все они очень близки по запасам СаСО3 в генетических горизонтах профиля и в целом в корнеобитаемой толще.

На основании анализа данных о карбонатности рендзин можно сделать следующие выводы:

1. Из всех показателей свойств почв, учитывая наши исследования, и учитывая исследования предыдущих авторов, можно твердо установить, что содержание карбонатов в генетических горизонтах является наиболее варьирующей величиной. Так в горизонте А, в различных разрезах, количество карбонатов различается в десятки процентов.

2. С глубиной по мере увеличения содержания карбонатов вариабельность уменьшается и достигает средней стабильной величины около сорока процентов в щебневатом элювии мергеля.

3. Содержание СаСО3 в профиле рендзин можно считать одной из видовых характеристик почвы. Мы предлагаем дать следующую классификацию рендзин по содержанию карбонатов в слое 0 - 30 см.

Рендзины выщелоченные - карбонаты отсутствуют

Рендзины слабокарбонатные - от 0,3 до 2,0%

Рендзины карбонатные - от 2 до 8 %

Рендзины сильнокарбонатные - от 8 до 15%

Рендзины высшей карбонатности более 15%

глава 5. гумусное состояние рендзин района новороссийск-геленджик

В таблице 3 даны обобщенные данные показателей гумусного состояния рендзин изучаемого региона. Таким образом, анализ гумусного состояния субтропических рендзин показывает сильный разброс количественных характеристик при однотипном процессе гумификации. Гумификация протекает в условиях высокого содержания карбонатов (щелочной реакции среды за счет господства в почвенных растворах Са(НСО3)2. Растительность кальциефильного характера обеспечивает гумификацию с преобладанием гуминовых кислот и темное окрашивание почвенного профиля, подобно коричневому и черноземному почвообразованию.

Генетический тип гумификации определяется как фульватно-гуматный со средней насыщенностью гумуса гуминовыми кислотами при очень низком содержании свободных гуминовых кислот, со средней насыщенностью Са2+ при высоком количестве гумина. Такой тип гумификации характерен для почв высокого потенциального плодородия.

Таблица 3

Показатели гумусного состояния рендзин региона Новороссийск-Геленджик по классификации Гришиной и Орлова (1978)

Показатель, единицы измерения	Показатели региона, (в скобках колличество разрезов)	Классификационный уровень величин и его пределы.
Мощность подстилки, см	2-4 (17)	Средней мощности, 2-5
Содержание гумуса в гумусных горизонтах,%	7,6-14,4 (6) 4,3-5,1 (7) 2,0-3,0 (4)	Высокое 6-10 Среднее 4-6 Низкое 2-4
Запас гумуса в слое 0-20 см, т/га	260 (1) 154-192 (4) 110-145 (4) 68-90 (5) 36 (1)	очень высокий >200 высокий 150-200 средний 100-150 низкий 50-100 очень низкий <50
Насыщенность гумуса гуминовыми кислотами, %	25-39	Средняя, 20-30
Тип гумуса, СГК / СФК	1,1-1,5	Фульватно-гуматный, 1-2
Содержание «свободных» гуминовых кислот, % к сумме ГК	6-18	Очень низкое, <20
Содержание гуминовых кислот, связанных с Са2+, % к сумме ГК	43-59	Среднее, 40-60
Содержание прочно связанных гуминовых кислот, % к сумме ГК	25-40	Высокое,>20

Однако для рендзин изучаемой территории характерно сильное варьирование количественных характеристик: мощности гумусового горизонта, содержания гумуса и его запасов. Количественная неоднородность определяется сильным варьированием ландшафтно-геоморфологического строения территории и различным земельным освоением. Разные мезорельефные условия, развитие эрозионно-делювиальных явлений, изменчивость толщи мелкоземистой коры выветривания при ее очень малой мощности и с разным содержанием в ней СаСО3, варьирование растительного покрова, земледельческого и рекреационного использования, выпас скота - и все это на относительно небольших земельных участках приводит к крайней изменчивости количественных характеристик (рис. 2) гумусного состояния. В этих условиях среднестатистическое содержание какого-либо показателя не будет информативным, не отражающим объективно реальное состояние того или иного земельного участка.

При малой мощности почв обращает внимание факт возрастания с глубиной доли гуминовых кислот в составе гумуса. Это связано с возрастанием содержания карбонатов в том же направлении. При этом сохраняется общий фульватно-гуматный состав гумуса.

Подчеркнем общегенетическое значение наших исследований. Это стабильный и поразительно однотипный уровень гумификации рендзин всех биоклиматических поясов, от бореального до тропического. Например, рендзины типичные Кубы (гумус-карбонатные почвы по С.В.Зонну) характеризуются содержанием гумуса 3-6%, несмотря на тропические темпы дегумификации. Ведь, общеизвестен факт что гумус и растительные остатки в тропиках в условиях достаточной влажности минерализуются в несколько раз быстрее, чем в умеренном климате. При сравнении данных гумусного состоянии рендзин нашего региона с исследованиями других авторов, можно сделать вывод, что содержание гумуса и характер его распределения по почвенному профилю в рендзинах различных регионов мира имеют общие сходства.

Таким образом, гумусное состояние рендзин средиземноморского биоклиматического почвообразования протекает при участии травянистой растительности по фульватно-гуматному типу в условиях высокой карбонатности минеральной части почв. Характерно преобладание прочносвязанных гуматов и интенсивная дегумификация в многолетних агроценозах, что типично для коричневых субтропических почв (Кутровский, Вальков, 2005).



Рис. 2. Вариационно-статистические показатели содержания гумуса в рендзинах района Новороссийск-Геленджик, 2004-2006 г.г.

Глава 6. гранулометрический состав рендзин черноморского побережья Кавказа

Гранулометрический состав рендзин района Новороссийск-Геленджик согласно результатам анализа (пирофосфатный метод) представляется как легкоглинистый (табл.4). Обращают внимание некоторые особенности в закономерности распределения илистых частиц по профилю. Содержание ила в горизонтах практически одинаково, либо имеет тенденцию незначительного увеличения вниз по профилю. Вероятно, относительно молодой возраст почв, малая мощность профиля и высокая интенсивность процесса оглинивания приводят к накоплению илистых частиц равномерно по всему профилю. Даже верхние горизонты исследуемых почв, несмотря на резкую разницу между разрезами по содержанию органического вещества, характеризуются практически одинаковым количеством илистых частиц.

Сравнение результатов анализа гранулометрического состава рендзин нашего региона с данными других исследователей ставит вопрос методического характера. Каков был процесс подготовки почвы к анализу? Проводился ли процесс удаления карбонатов методом разрушения 10% соляной кислотой? В большинстве литературных источников такая информация не указывается.

Таблица 4

Гранулометрический состав рендзин района Геленджик-Новороссийск (аналитик И.Ю. Морозова)

Глубина образца, см	Размер фракций, мм	Сумма частиц <0,01
	1,0-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001
Разрез № 26/05 рендзина типичная, лес
А (0-15) А(15-30) АD	1,87 2,01 1,70	25,94 9,07 13,05	16,13 25,24 17,99	9,78 8,04 9,66	24,39 26,81 27,34	21,89 28,83 30,26	56,06 63,68 67,26
Разрез № 23/05 рендзина неполноразвитая, лес
А АD	- -	16,13 26,80	16,74 19,86	12,65 9,18	27,22 17,47	27,26 27,41	67,04 54,06
Разрез № 27/05 рендзина типичная, лес
А (0-20) А(20-40) АD(10-60)	0,42 0,37 0,31	26,66 10,03 13,16	10,53 26,96 14,18	12,16 9,42 10,83	25,86 26,12 29,44	24,37 27,10 32,08	62,39 62,64 72,35
Разрез № 22/05 рендзина типичная, лес
А (5-30) АВ АD	0,10 0,14 -	20,80 13,70 16,82	14,21 16,23 18,76	5,89 8,69 6,81	31,11 33,23 28,10	27,89 28,01 29,51	64,89 69,93 64,42

Гранулометрический анализ с подготовкой почвы пирофосфатным методом показывает нам содержание в мелкоземе почвы фракций различной крупности в естественном ее состоянии. Анализ бескарбонатной части в большей степени характеризует завершающую стадию процесса выщелачивания, а также процесс поступления мелкозема - строительного материала, который в генезисе рендзин играет важнейшую роль.

Таблица 5

Содержание физической глины ила и гумуса в рендзинах разной карбонатности, %

Горизонт	СаСО3	Физическая глина	Ил	Гумус
Р.22 Рендзина типичная, карбонатная, лес
А АВ АD	3 5 18	65 70 64	28 28 29	5,4 4,0 0,5
Р.26 Рендзина типичная высшей карбонатности рендзина, лес
А АВ АD	27 28 34	56 64 67	22 29 30	4,9 2,2 1,1

Примечание: Подготовка почвы к гранулометрическому анализу проводилась пирофосфатным методом.

Проводя итог анализу гранулометрического состава рендзин района Новороссийск-Геленджик и сравнивая содержание фракций ила, физической глины при различном содержании карбоната кальция (СаСО3) и гумуса (табл. 5), можно сделать следующие заключения:

1. Полевое определение гранулометрии однозначно указывает на тяжелосуглинистый или легкоглинистый состав без достоверного их разделения на эти близкие разновидности. Такое разделение в целом при описании почвенных разрезов крайне проблематично и часто фиксируется почва тяжелого гранулометрического состава, т. е. может быть названа как тяжелосуглинистая и легкоглинистая, особенно если содержание глинистых фракций имеет граничные пределы.

2. Определение гранулометрического состава в полевых условиях отражает экологическую специфику почв в ее естественном состоянии. Определение гранулометрического состава почвы в лаборатории с предварительной подготовкой (выщелачивание карбонатов соляной кислотой), по методу Качинского, трудоемка и скорее несет теоретическую значимость, а ее фактические данные не отражают естественную картину природной обстановки, так как исключают из почвенной массы важнейший компонент рендзин - карбонат кальция.

3. Карбонаты, как почвенная масса, при анализе гранулометрического состава почв, постоянно присутствуют в горизонтах почвенного профиля и наполняют содержание практически всех механических фракций гранулометрического состава. Данные, приведенные в таблице 5 показывают, что количество СаСО3 практически не изменяет гранулометрический состав почвы. Он однозначен и при содержании кальцита 3-5%, и 27-28%, что подтверждено количеством ила и физической глины. Значит, различные по размеру частицы СаСО3 присутствуют во всех фракциях механических элементов.

Глава 7. экологическое и генетическое своеобразие рендзин района новороссийск-геленджик

Рендзины выделялись на почвенных картах как единый интразональный тип почв с разделением на следующие подтипы: неполноразвитые, типичные и выщелоченные.

Таблица 6

Сравнительная экологическая и генетическая оценка рендзин Северо-Западного Причерноморья и горно-лесных зон Кавказа (Кутровский, Вальков, 2006)

Показатель сравнения	Рендзины низких гор Северо-западного Причерноморья	Рендзины горно-лесных зон Кавказа
Почвообразующая порода	Элювий известняков и мергелей	Элювий чаще всего известняков и доломитов
Растительные биоценозы	Дубово-грабовое кустарниковое редколесье травянистым покровом	Лес с травянистым покровом: дуб, ясень, осина, граб, дикоплодовые, лещина, кизил
Содержание гумуса	В горизонте А у целинных почв содержание гумуса от 8 до 14 %. При сельскохозяйственном освоении типичны величины 4-5%.
Окраска гумусового профиля	Преобладают светло-серые тона с буроватым оттенком, темнеющие при увлажнении	Преобладает темная, практически черная окраска
Карбонатность	Во всех подтипах преобладают карбонатные роды почв. Выщелоченность явление редкое	Преимущественно выщелоченные почвы
Эволюционная схема генезиса	Рендзины неполноразвитые > рендзины типичные > рендзины переходные к коричневым почвам (коричневые неполноразвитые почвы) > коричневые карбонатные почвы	Рендзины неполноразвитые > рендзины типичные > рендзины выщелоченные > бурые лесные неполноразвитые > бурые лесные остаточно-карбонатные
Оптимальный сельскохозяйственный потенциал	Уникальные земли для производства виноматериала экстраординарного качества. Полевые культуры не практикуются из-за дефицита влаги, также и плодовые насаждения	Лучшие земли, из лесных, для полевых культур, почвы по плодородию приближаются к чернозему. Виноградарство не имеет промышленного значения

Применяя сравнительно-географический метод оценки почвообразования можно убедиться в неодинаковой генетической направленности почвообразования по конечным эколого-генетическим результатам развития почвообразования (табл.6). В таблице 6 приведены материалы, подчеркивающие сходства и различия рендзин разных регионов.

Таким образом, на Северном Кавказе генетически, эколого-географически и практически целесообразно выделять следующие экологические фации:

- рендзины суббореальных лесов, эволюционирующие в бурые лесные почвы - типичные на северных склонах Кавказа и бурые лесные ненасыщенные - на южных склонах;

- рендзины территорий близких к субтропическому климату, развивающиеся по коричневому типу почвообразования. Экологически эти рендзины правильнее идентифицировать как коричневые неполноразвитые почвы.

Глава 8. влияние карбонатности почв на биологические свойства рендзин

В работе были использованы показатели биогенности заселенность почв организмами (мезофауной, микроартроподами, микроорганизмами) и биологической активности (активность ферментов, интенсивность продуцирования углекислого газа). Сравнению были подвергнуты почвы разного генезиса и свойств: рендзины, коричневые и серые лесные почвы и другие почвы исследуемого района.

Численность микроартропод в верхнем слое (0-15 см) в рендзинах и коричневых почвах изучаемого района одинакова и составляет около 50 тыс. экз./м2 (табл. 7). Основная масса мелких членистоногих в этих почвах, около 60 %, сосредоточена в слое 0-5 см, это объясняется обилием органических остатков и гумуса в верхнем почвенном слое. Некоторое различие отмечено лишь в характере профильного распределения микроартропод в профиле исследуемых почв. Рендзина имеет более плавное снижение численности с глубиной, по сравнению с коричневой почвой. Такое распределение согласуется с общим характером изменения свойств вниз по профилю данных почв, например гумуса.

Микробиологические исследования являются одними из самых сложных аспектов биологической диагностики почв при почвенно-экологических исследованиях, поэтому в настоящее время эти исследования приобретают все большее развитие. Почвенная микрофлора быстрее всех реагирует на изменение окружающей среды. В результате исследований 2004-2005 гг. было установлено, что практически во всех образцах за редким исключением, обилие микроскопических грибов снижается вниз по профилю, что соответствует характеру распределения гумуса в почвенной толще. При однотипном изменении показателя в профиле различных разрезов, отмечено резкое варьирование количественных характеристик между разрезами, что также связано с разницей в содержании гумуса.

Таблица 7

Численность микроартропод (тыс. экз./м3) в почвах окрестностей пос. Абрау-Дюрсо, г. Новороссийск (19-21 мая 2006 г.) (аналитик Л.С.Везденеева)

Слой почвы, (см)	Рендзина	Коричневая почва
0-5	29,7±0,67	31,0±1,02
5-10	15,2±0,23	12,2±0,36
10-15	9,9±0,19	7,2±0,20
Всего микроартропод	55,4±0,60	50,4±0,36

Ферментативную активность почв сухих субтропиков Краснодарского края оценивали по активности каталазы. Результаты проведенных в 2004-2006 гг. исследований показали, что в коротком щебенчатом профиле рендзин активность каталазы снижается не так резко, как это отмечено (Казеев, 2004) для других лесных почв Кавказа. Связано это с высокой карбонатностью профиля рендзин, которая, до определенного предела, способствует повышению каталазной активности. Однако в рендзине, используемой под виноградником, даже высокая карбонатность не способна поддерживать высокую активность каталазы. Здесь в результате активной эрозии она лимитирована низким содержанием гумуса.

Продолженное в мае 2006 г. исследование рендзин и других почв региона показало различие объектов по большинству исследуемых показателей. Значения некоторых исследуемых параметров представлены на рис. 3-4.

В исследуемых почвах обнаружена высокая активность каталазы. Причем в почвах района Новороссийск-Геленджик вниз по профилю она снижается очень плавно, что отличает эти почвы от лесных почв других регионов Северного Кавказа, для которых характерно резкое снижение активности ферментов вниз по почвенному профилю.

Исследование микрофлоры, в отличие от биохимических показателей, показало очень значительные расхождение значений для разных почв региона (рис. 4). Выявлен различный характер распределения отдельных биологических показателей в исследуемых почвах. Рендзины, по сравнению с окружающими их коричневыми почвами отличаются большим обилием микромицетов и значительно меньшим сапрофитных бактерий (рис. 4). Однако почвы исследуемого региона обладают более значительным обилием микроорганизмов по сравнению с почвами предгорий. Коэффициент корреляции между исследуемыми биологическими параметрами поверхностных горизонтов почв свидетельствует об отсутствии связи между исследуемыми показателями. Сельскохозяйственное использование исследуемых почв приводит к повышению обилия почвенных микроорганизмов. Для выявления закономерностей использования в диагностике такого лабильного показателя как обилие микрофлоры требуются дополнительные исследования.

Рис. 3. Биохимические свойства верхних горизонтов горных почв Северо-Западного Кавказа, май 2006 г. (аналитик М.А. Репях)



Рис. 4. Обилие микрофлоры в верхних горизонтах горных почв Северо-Западного Кавказа, май 2006 г. (аналитик М.А. Репях)

Глава 9. особенности плодородия рендзин и их антропогенной трансформации

Земельный фонд территории отличается особой насыщенностью пашней, многолетними насаждениями Большая часть представлена лесными массивами (редколесья) и пастбищами. Из многолетних насаждений практически представлены только виноградники. При оценке рендзин как объекта использования под сельскохозяйственные культуры необходимо оценивать три группы факторов почвенного покрова:

- ограничивающие, лимитирующие использование: мощность корнеобитаемой толщи, каменистость профиля почв и содержание карбоната кальция в почвенной массе.

- оптимальные факторы плодородия: гумусовое состояние, зернисто-мелкокомковатая структура, а также полное отсутствие и возможность развития солонцового процесса засоления и заболачивания.

- экологическая и эндемическая индивидуальность. Экологическая эндемичность рендзин в естественных условиях проявляется в развитии особых кальциефильных фитоценозов. В условиях средиземноморского климата рендзины в сельскохозяйственной культуре глобально нашли свое место как лучшие почвы для производства высококачественной продукции из виноградного сырья. Сельскохозяйственное использование рендзин, как антропогенный фактор их изменчивости, показывает еще одну индивидуальность рендзин, а также и коричневых почв.

Антропогенное воздействие отрицательно влияет на биологические свойства рендзин. Об этом свидетельствуют данные, приведенные на рис. 5.

Рис. 5. Влияние с/х использования на биологическую активность рендзин. (Абрау-Дюрсо, сентябрь, 2004 г.)

Биологические индикаторы продуктивности и устойчивости почв (гумус и каталаза) синхронно изменяются в ряду целина (лес) залежь (заброшенный виноградник) действующий виноградник. При прекращении сельскохозяйственного использования происходит восстановление биологических показателей рендзин. Это связано с восстановлением естественной растительности на залежи, а также сокращением эрозионных процессов при залежном режиме землепользования.

ВЫВОДЫ

1. Среди рендзин Северного Кавказа особое положение занимают почвы субтропиков средиземноморского типа на границе с суббореальными условиями разной мощности и разной степени скелетности и декарбонизации на элювии известняковых пород (известняки, мергель и их элювий) района Новороссийск-Геленджик. На некарбонатных породах здесь формируются коричневые субтропические почвы.

2. Учитывая, что карбонатность почв является важной генетической, экологической и классификационной характеристикой, определяющей направленность экологических, геохимических, почвообразовательных и других процессов, отмечаем, что содержание карбонатов в рендзинах изучаемой территории является наиболее варьирующей величиной, особенно в поверхностном гумусовом горизонте (от 1 до 25%). С глубиной содержание СаСО3 стабилизируется и составляет в щебневатом элювии мергеля около 40%. При детальных исследованиях почв для эколого-генетической целесообразности предлагается в классификационно-систематических списках почв показывать на видовом таксономическом уровне различную карбонатность (слабокарбонатные, карбонатные и т.д.), учитывая содержание СаСО3 в горизонте А.

3. Для рендзин изучаемого района характерно сильное варьирование количественных характеристик таких как: мощность гумусового горизонта (от 10 до 70 см), содержание гумуса (2-14,4%) и его запасов (42-260 т/га). Количественная неоднородность определяется изменчивостью ландшафтно-геоморфологического строения территории и различным земельным использованием. В составе гумуса вниз по профилю доля гуминовых кислот увеличивается. Для оценки гумусового состояния нами впервые применен метод расчета содержания гумуса на мелкоземистую часть почвы, на бескарбонатную массу мелкозема и с учетом скелетности почвенного профиля, что позволяет более объективно оценивать эколого-генетическое состояние почв.

4. Содержание ила в горизонтах практически одинаково, либо имеет тенденцию незначительного увеличения вниз по профилю. Вероятно, относительно молодой возраст почв, малая мощность профиля и высокая интенсивность процесса оглинивания, приводят к накоплению илистых частиц равномерно во всем профиле. Даже верхние горизонты, несмотря на резкую разницу между разрезами в содержании органического вещества, содержат практически одинаковое количество илистых частиц.

5. На Северном Кавказе эколого-географически, генетически и агроэкологически целесообразно выделять следующие экологические фации рендзин:

- рендзины суббореальных лесов, эволюционирующие в квазиравновесные бурые лесные почвы типичные на северных склонах гор и в бурые лесные ненасыщенные на южных склонах,

- рендзины территорий близких к средиземноморскому климату. В завершающей стадии развития эти почвы в эколого-генетической классификации идентифицируются как род коричневых остаточно-карбонатных почв.

6. Для почв района Новороссийск-Геленджик отмечена высокая биогенность и биологическая активность. Причем, и в рендзинах и в коричневых почвах вниз по профилю биологические показатели снижается очень плавно, что отличают эти почвы от лесных почв других регионов Северного Кавказа, для которых характерно резкое снижение активности ферментов вниз по почвенному профилю. В рендзинах изменение биологических свойств по профилю более плавное, чем в коричневых почвах.

7. В почвах, содержащих карбонаты, количество СаСО3 не определяет величины обилия биоты и биологической активности, не оказывает ни стимулирующего, ни угнетающего воздействия.

8. При оценке плодородия рендзин необходимо учитывать ограничивающие факторы (мощность корнеобитаемой толщи и гумусовых горизонтов, каменистость профиля и содержание в нем карбоната кальция), оптимизирующие факторы (гумусовое состояние, структурность и др.) и экологическую и генетическую индемичность рендзин.

9. Антропогенное воздействие, имеющее древнюю историю, приводит к резкой дегумификации профиля, снижению биологической активности, и формированию значительной родовой и видовой изменчивости индивидуумов почвенного покрова. При прекращении сельскохозяйственного использования отмечена тенденция восстановления биологических показателей рендзин.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИИ

По теме диссертации опубликовано 15 научных работ:

1. Кутровский М.А. Генезис рендзин сухих субтропиков / Материалы Молодежной научной конференции «Экологические аспекты агропромышленного комплекса» пос. Персиановский. ДонГАУ. 2003. С 25-26.

2. Кутровский М.А. К вопросу об абсолютном возрасте рендзин / Материалы Международной научной конференции «Экология и биология почв». Ростов н/Д: изд-во ЦВВР, 2004. С. 162-163.

3. Вальков В.Ф., Кутровский М.А. К вопросу о генезисе рендзин, как основе почвенного покрова СОЛ «Лиманчик» / Сборник трудов 1-й научно-практической конференции «Лиманчик. Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов н/Д: Изд-во ООО «ЦВВР», 2004. С. 44-45.

4. Кутровский М.А., Вальков В.Ф. Сравнительная экологическая и генетическая оценка рендзин Северо-Западного Причерноморья и горно-лесных зон Кавказа / Труды аспирантов и соискателей Ростовского государственного университета. Том. Xl. Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та. 2004 С. 93-94.

5. Вальков В.Ф., Кутровский М.А. Карбонатность рендзин как экологическая и классификационная категория / Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции «Экологические и социально-экономические аспекты развития предгорной зоны Северного Кавказа». (Белореченск). Майкоп: «Качество», 2005. С. 360-362.

6. Вальков В.Ф., Кутровский М.А. Карбонатность рендзин типичных района Новороссийск-Геленджик / Материалы Международной научной конференции «Экология и биология почв». Ростов н/Д. 2005. С. 84-86

7. Кутровский М.А. Концепция генезиса рендзин черноморского побережья // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. 2005. № 11. С. 108-109.

8. Кутровский М.А., Вальков В.Ф. Гумусное состояние рендзин района Новороссийск-Геленджик / Сборник трудов биолого-почвенного факультета РГУ. Ростов н/Д: Изд-во «Ростиздат», 2005. С. 172-173.

9. Кутровский М.А., Поляков А.И., Казеев К.Ш. Изменение ферментативной активности рендзин окрестностей Абрау-Дюрсо при антропогенном воздействии / Сборник трудов II-й научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов н/Д: Изд-во «Ростиздат», 2005. С. 76-78.

10. Кутровский М.А., Вальков В.Ф. Генетическое своеобразие рендзин Северо-Западного Причерноморья / Материалы Международной научной конференции «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации». Ростов н/Д: Ростиздат, 2006. С. 308-310.

11. Стрелкова В.И., Кутровский М.А., Казеев К.Ш. Устойчивость микробиоты рендзин Северо-Западного Кавказа к затоплению водой / Сборник трудов III научно-практической конференции Экологические проблемы Взгляд в будущее. Ростов н/Д. 2005. С. 202-204.

12. Кутровский М.А., Вальков В.Ф. О Гранулометрии рендзин района Новороссийск-Геленджик / Материалы Международной научной конференции «Проблемы устойчивости функционирования водных и наземных экосистем». Ростов-на-Дону. 2006. С. 218-219.

13. Вальков В.Ф., Кутровский М.А. О неоднозначности содержания гумуса в рендзинах района Новороссийск-Геленджик / Материалы Международной научной конференции «Проблемы устойчивости функционирования водных и наземных экосистем». Ростов-на-Дону. 2006. С. 59.

14. Кутровский М.А., Репях М.А., Казеев К.Ш. Эколого-биологическая характеристика почв побережья Северо-Западного Кавказа и прилегающей равнинной территории / Материалы Международной научной конференци «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем». Ростов-на-Дону. 2006. С. 219-220.

15. Kutrovsky M.A., Valkov V.F. The peculiarities of rendzina genesis / Materials of The World Congress of Soil Science. Philadelfia, USA. 2006. P. 324.

Размещено на Allbest.ru

...