Оценка влияния бугров Бэра на состояние почвенного покрова бугровых ландшафтов дельты Волги

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Оценка влияния бугров Бэра на состояние почвенного покрова бугровых ландшафтов дельты Волги

Стрелков Сергей Петрович

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Астрахань - 2011

Работа выполнена на кафедре почвоведения аграрного факультета Астраханского государственного университета.

Научный руководитель: Федотова Анна Владиславовна, доктор биологических наук, профессор.

Официальные оппоненты: Рулев Александр Сергеевич, доктор сельскохозяйственный наук, старший научный сотрудник;

Шваров Александр Петрович, кандидат биологических наук, доцент.

Ведущая организация: Саратовский государственный аграрный университет им. В.В. Вавилова.

Защита диссертации состоится 23 июня 2011 года в 15-00 на заседании Диссертационного совета Д 212.009.10 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, Астрахань, пл. Шаумяна, 1, Естественный институт АГУ.

Тел./факс: (8512)22-82-64

E-mail: sovetei@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: пл. Шаумяна, 1.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте АГУ: www.aspu.ru

Автореферат разослан: май 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор Федотова А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Бугры Бэра - специфические, присущие только Прикаспийской низменности геоморфологические образования впервые были описаны в 1856 году К. Бэром. Большая часть бугров Бэра территориально расположена в пределах Астраханской области. Несмотря на значительное количество работ, посвященных бэровским буграм, все же во взгляде на их происхождение у исследователей нет единого мнения. Протекающие процессы почвообразования на буграх Бэра и околобугровых пространствах специфичны и присущи только этим геоморфологическим элементам.

В пределах бугрового ландшафта веками устанавливался водно-солевой баланс почв, определявшийся многочисленными климатическими изменениями и трансгрессиями Каспийского моря. Роль бугров Бэра в геохимической обстановке и перераспределении солей в прилегающих ландшафтах сложна и неоднозначна. С.А. Владыченский (1953) указывал на аккумуляцию солей непосредственно вокруг бугров, сделав вывод о том, что именно бугры Бэра являются центрами аккумуляции солей в пространстве.

В настоящее время бугровые ландшафты являются одними из самых уязвимых в экосистеме дельты Волги. В последнее время их экологическая уязвимость интенсивно усугубляется антропогенным вмешательством. В Астраханской области наблюдается повсеместное механическое уничтожение и разрушение бугров. Околобугровые пространства не разрушенных бугров интенсивно используются в качестве сенокосов. Бурное развитие сельского хозяйства в 70-е годы ХХ века и интенсивные мелиоративные меры по улучшению качества почв и защиты от паводковых вод привели к обваловке большей части территории дельты Волги. Основными «компонентами» строительства валов явились бугры (точнее, материал, их слагающий). В настоящее время около 80% бугров Бэра в той или иной степени разрушены, при этом 40% уничтожены полностью. И процесс этот не останавливается. Для хозяйственной деятельности населения Астраханской области представляет интерес материал, слагающий бугры. Бугры Бэра служат источником глиняного сырья для кирпичного производства, широко используется при строительстве дорог, в личных подсобных хозяйствах населения. В результате этого бугры Бэра бесконтрольно разрушаются или полностью уничтожаются. При этом не учитываются особенности материала того или иного бугра, вследствие чего значительная часть почв бугров выбрасывается, так как непригодна для хозяйственного использования. Вполне вероятно, что полное уничтожение бугров приведет к глобальной перестройке геохимической обстановки на территории Астраханской области. Поэтому, на наш взгляд, проблема влияния бугров Бэра и их целостности на состояние почвенного покрова Астраханской области весьма актуальна.

Целью настоящего исследования является оценка влияния целостности бугров Бэра на состояние почвенного покрова бугровых ландшафтов волжской дельты в условиях динамичного засоления почвенного покрова и материнских пород, а также антропогенной нагрузки.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- обоснование основных методических и теоретических подходов для оценки влияния бугров Бэра на формирование почвенного покрова бугровых ландшафтов;

- подбор соответствующих объектов (бугры Бэра с прилегающими ландшафтами естественные и антропогенно измененные);

- изучение показателей почвенного покрова (основные физические свойства, содержание гумуса, солевое состояние и особенности пространственного распределения солей);

- сравнительный анализ (в том числе методами математической статистики) состояния почвенного покрова ландшафтов бугров Бэра разной степени нарушенности.

Основное защищаемое положение: механическое разрушение бугров оказывает влияние на почвенные свойства и структуру почвенного покрова околобугрового пространства.

Научная новизна. Получены материалы по состоянию почвенного покрова ландшафтов бугров Бэра разной степени нарушенности. Впервые показаны различия в пространственном варьировании основных почвенных свойств в пределах указанных ландшафтов бугров Бэра.

Впервые установлено, что разрушение бугров Бэра влияет на перемещение солей в пространстве. Установлено, что разрушение бугров приводит к полному уничтожению органического вещества в почвах, при значительном увеличении водопроницаемости почвы, что является следствием выхода на поверхность почвенных слоев более легкого гранулометрического состава.

Впервые установлено, что антропогенное разрушение бугров приводит к значительному увеличению плотности 60-ти сантиметрового слоя почвы, при этом наиболее уплотненным оказывается слой 10-15 см. Впервые проведен сравнительный анализ состояния почвенного покрова ландшафта в зависимости от целостности бугра Бэра.

Работа является одной из пионерных в области изучения последствий неконтролируемого уничтожения бэровских бугров и их биосферной роли в формировании ландшафтов волжской дельты.

Данное исследование является частью фундаментальной научной проблемы изучения биосферных функций почв и глобальных изменений наземных экосистем.

Цель и задачи, заявленные в данном исследовании, являются новыми. Результаты исследования вносят определенный вклад в теорию антропогенной эволюции почв и наземных экосистем.

Практическая значимость. Установленные изменения в структуре почвенного покрова в ландшафтах бугров Бэра разной степени нарушенности и трансформация при этом почвенных свойств являются основой для прогнозирования изменений на ландшафтном уровне почвенно-растительного покрова Астраханской области.

Результаты исследования позволяют разработать рекомендации по охране бугров Бэра и рациональному использованию материала бугров в хозяйственных целях без нанесения ущерба экологическому состоянию Астраханской области.

Результаты исследования поддержаны РФФИ проект № 09-04-97002-р_поволжье_а, Министерством промышленности, транспорта и связи Астраханской области в рамках конкурса молодежных инновационных проектов и АВЦП № 2.1.1/4284, используются при чтении лекционных курсов «Почвы Астраханской области», «Математическая статистика в почвоведении», «Физика почв» в Астраханском государственном университете.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных и российских научных конференциях: Международные научные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2005» и «Ломоносов - 2011», (Москва, 2005, 2011), Всероссийские IX Докучаевские молодежные чтения (Санкт-Петербург, 2006), Российская научная конференция студентов и молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2006, 2007), Международная конференция «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи» (Улан-Удэ, 2007), Всероссийская научная конференция студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса» (Астрахань, 2009, 2011), Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» (Астрахань, 2010), Международная научная конференция, посвященная 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России» (Санкт-Петербург, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе одна статья в издании, входящим в перечень научных и научно-технических изданий, утвержденных ВАК России и рекомендуемых для публикации основных научных результатов кандидатских диссертаций.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в экспедиционных работах и полевых исследованиях. Лабораторные анализы, интерпретация результатов, их анализ и обобщение выполнены непосредственно автором.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 120 наименований. Изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков и 4 таблицы.

Основное содержание работы

Глава I. Особенности формирования почвенного покрова дельты Волги.

В данной главе приведены краткие сведения об основных факторах почвообразования в дельте Волги: географическое положение и климат (Щучкина, 1996; Занозин, 2007; Федотова, 2006; Бесчетнова, Вознесенская, 2007), геоморфологическое строение (Белевич, 1958; Николаев, 1962; Занозин, 2003, 2007; Рычагов, 2005), гидрология и гидрография (Герасимов, 1939; Соколов, 1952; Байдин, 1956; Евдокимова, Корнеева, 1958; Белевич, 1963; Реймерс, 1982; Добровольский, 1986; Рыбак, Русаков, 1995; Русаков и др., 1996; Владыченский, Аветян, 2007; Буторин и др., 2008).

Так же приведено описание основных типов почв (Прасолова, 1921; Большаков, 1957; Плюснин, 1960; Болышев, 1962; Козловский, Корнблюм, 1963; Фридланд, 1972; Летунов, 1992; Парфенов, Иралиев, 1999; Королюк, Щербенко, 2001; Пилипенко, 2002; Федотова и др., 2005, 2006; Занозин, 2006): бурые полупустынные почвы (Плюснин, 1938; Природа и …, 1962; Ковда, 1973, 1988; Богатырев и др., 1988; Бармин и др., 1996; Ганжара, 2001; Танин, Яковлева, 2007), солончаки (Дюшофур, 1970; Кауричев, 1989; Панкова, Ямнова, 1993; Пилипенко и др., 2003; Зайдельман, 2003; Федотова, Мухин, Яковлева, 2005; Бармин, Федотова, 2008), аллювиальные, луговые и болотные почвы (Глазовская, 1945; Ковда, 1951; Самойлов, 1952; Зайдельман, 1998; Пилипенко и др., 2003; Федотова и др., 2005; Федотова, 2006; Сорокин, 2009).

Глава II. Некоторые сведения о буграх Бэра.

В главе анализируются существующие литературные источники, касающиеся общего описания и географического распространения бугров Бэра на территории Прикаспийской низменности (Гмелин, 1777; Паллас, 1788; Бэр, 1856; Православлев, 1929; Герасимов, 1937; Доскач, 1949; Брюшков, 1951; Владимиров, 1953; Николаев, 1955; Брицына, 1955; Рычагов, 1958; Леонтьев, Фотеева, 1965; Сладкопевцев, 1965; Руденко, 1973; Белевич, 1979; Пилипенко, Сальников, Перевалов, 2002; Федотова и др., 2003; Свиточ, Клювиткина, 2004, 2006, 2008; Федотова, Яковлева, 2005; Федотова, Шеин, Яковлева, 2005; Федотова, 2007; Занозин, 2007, 2008; Карпачевский, Федотова, Яковлева, 2008; Быстрова, Карабаева, Карабаева, 2008; Яковлева 2009; Сорокин, 2009), раскрывающие некоторые аспекты их строения (Православлев, 1926; Брюшков, 1951; Краснова, 1951; Берг, Краснова, 1951; Батурин, 1951; Иванова, 1952; Якубов, 1952; Евдокимова, Корнеева, 1958; Седайкин, 1977; Белевич, 1979; Менабде, 1989; Бадюкова, 1999; Жиндарев и др. 2001; Свиточ, Клювиткина, 2004, 2005, 2006; Свиточ, Березнер, 2007; Яковлева, Беднев, 2007).

Приведен краткий очерк, посвященный истории исследования бугров Бэра и проанализированы основные теории их происхождения (Эверсман, 1840; Бэр, 1856; Мушкетов, 1895; Православлев, 1926, 1929, 1934; Голынец, 1932; Богданов, 1933; Жуков, 1935, 1945; Берг, 1938; Федорович, 1941; Захаров, 1948, 1975; Доскач, 1949; Батурин, 1951; Краснова, 1951; Ковда, 1951; Якубов, 1952; Иванова, 1952; Владыченский, 1953; Брицына, 1955; Николаев, 1955; Рычагов, 1958; Алексин и др., 1961; Леонтьев, Фотеева, 1965; Руденко, 1973; Седайкин, 1977; Белевич, 1979; Менабде, 1989; Бадюкова, 1999, 2005; Жиндарев и др., 2001; Свиточ и Клювиткина, 2004, 2005, 2006; Богатырев, 2010).

Глава III. Объекты и методы исследования.

Объекты исследования

В дельте Волги были выбраны три типичных бугровых ландшафта с различной степенью антропогенного воздействия на каждый из них и различающиеся по степени нарушенности бугров. В качестве объектов исследования выбраны:

1) ландшафт бугра Бэра южнее села Началово в Приволжском районе Астраханской области в 15 км от г. Астрахани (бугор уничтожен на ѕ со стороны восточной экспозиции, рис. 1а);

2) антропогенно измененный околобугровой ландшафт в Икрянинском районе Астраханской области (бугор Бэра незначительно нарушен), расположенный на юго-западе Астраханской области, в пределах западной периферии Волжской дельты и восточной окраины подстепных ильменей (рис. 1б);

3) в восточной бугровой части дельты Волги бугор Бэра Большой Барфон (бугор не разрушен) с прилегающим ландшафтом, претерпевающим минимальное антропогенное влияние в виде укосов в околобугровом пространстве в Володарском районе Астраханской области (рис. 1в).

Таким образом, почвы всех выбранных объектов исследования дифференцированы по степени антропогенной нагрузки и структура почвенного покрова для них индивидуальна.

Бурые полупустынные почвы самого бугра представлены преимущественно тяжелосуглинистыми засоленными почвами, реже опесчаненными суглинками. Солончаки луговые гидроморфные (в том числе, оглеенные) распространены на шлейфе бугра. Для межбугровых понижений характерны торфяно-болотные глеевые засоленные почвы.

Повсеместно наблюдается резкий переход от незасоленных почв к засоленным или зональным полупустынным. Распределение растительных сообществ на исследуемой территории тесно связано с комплексной структурой почвенного покрова. Для морфологического строения профиля почв, представленных в данном ландшафте, характерно наличие солевого горизонта. Глубины его залегания и мощность изменяются в зависимости от высотного положения и расстояния до вершины бугра.

а

б

в

Рисунок 1. Космические снимки объектов исследования: разрушенного бугра (а), частично разрушенного бугра (б), не разрушенного бугра (в) (дата снимков октябрь 2009 года).

Наибольшей степенью засоления характеризуются почвы, приуроченные к восточной экспозиции бугра. Кроме того, восточный склон является наиболее крутым, и, как следствие, подвергается наибольшей антропогенной нагрузке при разрушении бугра техникой. Учитывая эти обстоятельства, при планировании проведения исследований, в качестве опорных территорий были выбраны околобугровые пространства восточной экспозиции бугров разной степени нарушенности.

В пределах ландшафта полностью разрушенного бугра выделены бурые полупустынные легкосуглинистые почвы. Почвенный покров подвержен постоянному сильному антропогенному воздействию.

Антропогенно измененный ландшафт частично разрушенного бугра комплексный с точки зрения степени засоления почвенного покрова, представленный почвенными разностями от незасоленных до солончаков.

Ландшафт не разрушенного бугра Бэра представлен бурыми полупустынными почвами, солончаками луговыми гидроморфными и переходными разностями.

Несмотря на одну и ту же типовую принадлежность некоторых почв и сходство геоморфологического положения их в ландшафте, они имеют достаточно ощутимое морфологическое различие, что позволяет предположить, также, различие в пространственном варьировании тех или иных почвенных свойств в зависимости от степени антропогенного воздействия на выбранные нами объекты исследования.

Методы исследования.

При полевом исследовании почвенных свойств на ландшафтном уровне были использованы новые методы и модифицированы известные, так как непосредственное применение классических методов почвоведения для засоленных почв в большинстве случаев затруднительно или невозможно. На каждом объекте были проведены оригинальные исследования, для чего был использован комплексный метод исследования почв, сочетающий методы почвоведения, геоботаники и ГИС-технологий. Кроме того, этот комплекс методов при использовании с определенной координатной сеткой позволяет применить геостатистические методы анализа почвенного и растительного покрова. Данный метод апробирован для исследования галоморфных ландшафтов территории волжской дельты.

Для проведения полевых исследований почв и отбора почвенных образцов на всех трех объектах исследования был использован метод равномерной сетки. Так же была проведена GPS-привязка и нивелирная съемка исследуемых территорий в узлах заложенных сеток, по результатам которых построены 3D-изоплеты участков (рис. 2). В узлах сеток схематично изображено пространственное расположение почвенных прикопок в ландшафте разрушенного бугра (рис. 2а), частично разрушенного бугра (рис. 2б) и не разрушенного бугра Бэра (рис. 2в).

Для характеристики гумусного состояния почвы было проведено определение общего содержания гумуса по Тюрину (Ганжара, 2002), изучение солевого состояния почв проведено по величине плотного остатка и набирающими популярность электрофизическими методами. Влажность почвы определяли традиционным термостатно-весовым методом и на влагомере MХ-50, плотность буровым методом с использованием бура Качинского объемом 100 см³. Данные обрабатывали с помощью лицензионных компьютерных интегрированных пакетов GoldenSurfer v.8 и Statistica v.6.0. Результаты анализировали и представляли в виде графиков и топоизоплет с использованием интерполяции методом крикинга (метод ближайшего соседа). С помощью топоизоплет изучен характер распределения в пространстве того или иного почвенного свойства, выявлены участки наибольшей или наименьшей концентрации значений, а так же сделаны предварительные выводы о причинах такого варьирования свойств на разных уровнях организации.

 а

б

в

Рисунок 2. Схема расположения почвенных прикопок в исследованных ландшафтах на восточных экспозициях разрушенного (а), частично разрушенного (б) и не разрушенного (в) бугров Бэра.

Работы выполнялись серией стационарных и маршрутных наблюдений. Для оценки пространственной вариабельности на всех объектах экспедиционные исследования проводились в 2007 - 2010 годах в период низкого стояния уровня воды в водотоках дельты Волги.

С помощью ряда интегрированных пакетов компьютерной обработки информации проведена статистическая обработка полученных результатов. Достоверность различий по выбранным параметрам между почвами ландшафтов бугров Бэра с разной степени нарушенности устанавливали с использованием параметрических (t-Стьюдента, F-тест) и непараметрических (Краскала-Уолиса) методов.

Глава IV. Оценка состояния почвенного покрова ландшафтов бугров Бэра разной степени нарушенности.

Оценку состояния почвенного покрова ландшафтов восточных экспозиций бугров Бэра с различной степенью антропогенного воздействия проводили при помощи ряда физических параметров (влажность, плотность и водопроницаемость почв), по содержанию гумуса и легкорастворимых солей в почвах.

4.1. Влажность почвы.

Влажность почвы является одной из самых динамичных величин, так как зависит от климатических факторов, уровня грунтовых вод, наличия органического вещества и др. Тем не менее, в данной работе сделана попытка сравнительного анализа пространственного варьирования и величин влажности почвы в исследованных ландшафтах.

Пространственное распределение величин влажности почв ландшафта полностью разрушенного бугра Бэра характеризуется значительным варьированием и невысокими значениями. Влажность увеличивается с глубиной, причем значительное увеличение происходит с поверхности до слоя 10-15 см (рис. 3а), затем следует постепенное послойное увеличение величин влажности. Так же следует отметить, что варьирование значений влажности по слою с глубиной возрастает, чему свидетельствуют значения интервала варьирования по каждому слою, отсюда следует увеличение неоднородности почв исследуемой территории по влажности с глубиной. Наиболее однородным является поверхностный горизонт. Выявленная тенденция в пространственном распределении влаги по слоям (увеличение увлажнения в западном направлении) сохраняется по всей 50-ти сантиметровой почвенной толщи, что возможно, связано с близким нахождением сельскохозяйственных угодий и мелиоративных систем соответственно, с наличием оросительных и дренажных каналов. В результате чего влага боковыми токами движется в сторону этих каналов.

а

в

с

Рисунок 3. Пространственное распределение влажности по слою 10-15 см в почвах ландшафтов: а - разрушенного; в - частично разрушенного; с - не разрушенного бугров Бэра.

Влажность почвы в околобугровом пространстве частично разрушенного бугра Бэра является достаточно динамичной величиной и отличается большей вариабельностью и более высокими значениями (рис. 3б). На ее пространственное распределение в почвах изучаемого района оказывают влияние не только перепады высот в мезо- и микрорельефе территории, но и наличие заброшенных оросительных систем антропогенного происхождения, которые в данный момент не функционируют. Но их влияние на гидрологический режим территории продолжается, что ведет данные почвы к неминуемой деградации и невозможности их возврата в сельскохозяйственный оборот.

Содержание влаги в почвах ландшафта не разрушенного бугра Бэра увеличивается с глубиной и значительно варьирует в горизонтальном направлении в пределах одного почвенного слоя. Наибольшая вариабельность влажности почвы характерна для слоя 10-15 см (рис. 3с). Это вполне закономерно, так как к этой глубине приурочены границы солевого горизонта, дернового и намытого, пространственное расположение которых значительно изменяется в пределах исследованной территории. Для участков, где солевой горизонт залегает более глубоко, отмечены более высокие величины влажности. Отсутствие каких-либо закономерностей в пространственном распределении влаги в почвах ландшафта ненарушенного бугра Бэра свидетельствует о влиянии на ее варьирование в отдельных слоях естественных факторов (микрорельеф, растительность, глубина залегания солевого горизонта, гранулометрический состав, грунтовые воды и др.). Влияние антропогенного фактора в ходе проведенных исследований не выявлено, что нельзя сказать о первых двух объектах, где пространственное распределение влаги в почвах ландшафтов практически напрямую зависит от антропогенного вмешательства в естественное развитие территории.

4.2. Плотность почвы.

Плотность почвы - одна из важнейших физических характеристик почвы, которая, в свою очередь, обуславливает водный и воздушный режимы, как прямо, так и косвенно влияя на почвенное плодородие, является качественным показателем почвенной деградации. Исходя из этого, пространственное варьирование данного показателя в почвах исследуемых ландшафтов поможет выявить территории с той или иной степенью деградации почвенного покрова.

Почвы ландшафта разрушенного бугра Бэра отличаются большой уплотненностью как поверхностных, так и глубинных слоев, а так же широким варьированием значений, что свидетельствует о плотном и неоднородном сложении данных почв. Данный факт является следствием использования тяжелой техники при механическом воздействии на бугор Бэра и изменения геохимической обстановки в ландшафте непосредственно из-за его разрушения. Наиболее плотными оказались слои 10-15 и 20-25 см (рис. 4а), здесь значения плотности доходят до 1,96 и 1,86 г/см³ соответственно, они же характеризуются наибольшей пространственной вариабельностью и неоднородностью, интервал варьирования для данных слоев составляет 0,51 и 0,46 г/см³ соответственно. Средние значения плотности почвы для этих слоев составляют 1,75 и 1,71 г/см³ соответственно. Как правило, именно эти слои наиболее подвержены переуплотнению в результате воздействия тяжелой техники.

Пространственное распределение значений плотности в почвах ландшафта частично разрушенного бугра Бэра, в основном, варьируют в пределах от 1,34 до 1,80 г/см³. Зоны повышенных значений плотности наблюдаются у подножия бугра и у центрального оросительного канала. Однако, площадь данных зон на глубине 20-25 см, по сравнению с поверхностными слоями, значительно увеличивается (рис. 4в).

почвенный ландшафт бугор бэр

а

в

с

Рисунок 4. Пространственное распределение плотности по слою 20-25 см в почвах ландшафтов: а - разрушенного; в - частично разрушенного; с - не разрушенного бугров Бэра.

Это свидетельствует о переуплотнении подпахотных горизонтов почв не только в местах прохождения тяжелой сельскохозяйственной техники, как это наблюдается для поверхностных слоев, но и увеличение площади переуплотнения на значительное расстояние от этих мест. Таким образом, можно отметить, что интенсивное использование данных почв в сельском хозяйстве и последующий их вывод из оборота оказали непосредственное влияние на пространственное распределение плотности почвы, а точнее на пахотный и подпахотный горизонты. На пространственное распределение плотности нижележащих слоев прямое влияние антропогенного фактора не отмечено, однако косвенное влияние не исключено. Нарушение гидрологического режима, вторичное засоление и другие факторы, возникшие непосредственно после выведения почв из сельскохозяйственного оборота, приводят к переуплотнению и ухудшению агрофизического состояния почв.

Пространственное варьирование плотности почвы в ландшафте не разрушенного бугра Бэра представлено относительно не высокими значениями самой величины, незначительным ее варьированием в пределах слоя и характерным для почв естественных ландшафтов распределением по профилю. Так же в пространственном распределении плотности почвы по слоям опробования не было выявлено каких-либо закономерностей, что свидетельствует об отсутствии на формирование сложения данных почв влияния внешних факторов, а точнее, в нашем случае, антропогенного.

4.3. Водопроницаемость почвы.

Что касается пространственного распределения значений коэффициента водопроницаемости для почв ландшафтов разрушенного и частично разрушенного бугров Бэра, то для каждого слоя опробования зафиксирована индивидуальная картина, общие закономерности выявить трудно. Однако следует отметить, что во всех слоях зафиксирована высокая вариабельность значений и хаотичное их распределение по слою, что затрудняет выделение зон наибольшей и наименьшей водопроницаемости, а так же выявление каких-либо закономерностей в их пространственном распределении по слою. Особенно это характерно для поверхностных слоев почв (0-5 и 10-15 см). Что является следствием негативного воздействия тяжелой техники на поверхностные слои данных почв.

Пространственное распределение коэффициента водопроницаемости в почве склона не разрушенного бугра Бэра значительно отличается от предыдущих почв (рис. 5).

Рисунок 5. Распределение коэффициента водопроницаемости по профилю почвы в точке В6 на склоне не разрушенного бугра Бэра.

Такое неравномерное послойное распределение водопроницаемости по почвенному профилю связано в первую очередь с чередованием слоев различных по плотности, сложению и гранулометрическому составу в данной почве, так же наблюдается тенденция к уменьшению водопроницаемости с глубиной, что является характерной особенностью естественно развивающихся почв. Так же в ходе проведенных полевых и лабораторных исследований воздействие антропогенного фактора на пространственное распределение водопроницаемости в почвах данного ландшафта не выявлено, что нельзя сказать о предыдущих объектах.

4.4. Содержание гумуса в почве.

Известно, что содержание гумуса является одним из основных критериев при оценке почвы, степени ее деградированности и сельскохозяйственной значимости, а так же универсальным параметром почвенного мониторинга, так как от его количества зависят многие физические и химические свойства почв и практически все изменения в экологии почв, прежде всего, отражаются в системе показателей гумусового состояния (Русанов, 2006). Поэтому данному показателю было уделено должное внимание.

Было установлено, что пространственное распределение исследуемого показателя характеризуется значительной пространственной неоднородностью, связанной с микрорельефом территории, антропогенной нарушенностью поверхностного слоя, составом и структурой растительных сообществ.

Исследования показали, что средняя величина содержания гумуса в ландшафте разрушенного бугра составляет 0,095 % (рис. 6), в то время как для ландшафта бугра, характеризующегося незначительными нарушениями, в результате закладки оросительных каналов, среднее значение составляет от 2,95%, а для не разрушенного бугра - 3,13%. Таким образом, среднее содержание гумуса в ландшафте практически разрушенного бугра в сотни раз меньше.

Анализируя полученные данные для ландшафта разрушенного бугра, можно выделить участки, в которых содержание гумуса сведено к нулю или его количество ничтожно мало. Это обусловлено нарушениями начальной стадии формирования гумуса на исследуемой территории в результате механического нарушения поверхностного слоя техникой, разрушающей бугор и тяжелым грузовым автотранспортом, вывозящим материал бугра.

Рисунок 6. Пространственное распределение содержания гумуса в почвах близ разрушенного бугра Бэра по слою 0-5 см.

Для почв ландшафта частично разрушенного бугра область минимального содержания гумуса приурочена к проходящему через участок водогону (открытому оросительному каналу), что объясняется нарушением поверхностного слоя при его закладке. В целом участок характеризуется нормальным содержанием гумуса, что является причиной использования их ранее в интенсивном сельскохозяйственном производстве, которое, в свою очередь, подразумевало внесение различных органических и минеральных удобрений.

Исследования гумусного состояния почв ландшафта не разрушенного бугра Бэра показали, что гумусообразование протекает под влиянием следующих факторов: положение в рельефе, гидрологические условия и растительность. Это дает основание предположить, что в почвах ландшафта не разрушенного бугра Бэра отсутствует антропогенное влияние на пространственное распределение гумуса, которое, в свою очередь, соответствует естественным условиям почвообразования.

4.5. Содержание легкорастворимых солей в почве.

Солевое состояние почвы является одним из основных экологических факторов на территории Астраханской области.

В ходе исследований была выявлена тенденция в пространственном распределении легкорастворимых солей (ЛРС) от разрушенного бугра Бэра в сторону орошаемых сельскохозяйственных полей, которая свидетельствует о наличии миграции солей в исследуемом ландшафте, явно вызванной антропогенным вмешательством в его естественное развитие (рис. 7). Миграция солей в направлении орошаемых чеков может привести к вторичному засолению территории и последующему выводу их из сельскохозяйственного оборота.



Рисунок 7. Пространственное распределение содержания легкорастворимых солей в почвах близ разрушенного бугра Бэра по слою 0-5 см.

Наличие в ландшафте частично разрушенного бугра бывших оросительных каналов и магистрального дренажного канала создают условия горизонтально-бокового перераспределения солей между почвами данного объекта. Так же при анализе пространственного распределения солей в почвах ландшафта была выявлена тенденция к миграции ЛРС в восточном направлении от бугра Бэра к центральному дренажному каналу.

Для ландшафта не разрушенного бугра Бэра установлено, что наибольшие значения содержания ЛРС соответствуют слою 20-25 см и значительно варьируют в горизонтальном направлении в пределах одного почвенного слоя. Что связано с наличием на данной глубине солевого горизонта. А так же следует отметить, что пространственное распределение ЛРС и их миграция в почвах ландшафта характеризуется естественными факторами, такими как мезо- и микрорельеф территории, грунтовые воды, типовая принадлежность почв и их гранулометрический состав. Влияние антропогенного фактора на пространственное распределение ЛРС в ландшафте в результате проведенных исследований не установлено.

В результате проведенной оценки состояния почвенного покрова ландшафтов бугров Бэра с различной степенью антропогенного воздействия можно сделать вывод, что влажность устойчиво увеличивается с глубиной, однако в целом влажность мала, а для поверхностного слоя величины находятся на уровне гигроскопической W. Наибольшие величины влажности характерны для почв ландшафта не разрушенного бугра, что связано с относительно естественным гидрологическим режимом и поступлением полых вод в околобугровое пространство, а так же для почв ландшафта частично разрушенного бугра.

Так же было установлено, что величины плотности почвы ландшафта разрушенного бугра Бэра значительно выше, чем для почв других объектов. В целом величины плотности в 40-сантиметровом слое выше 1,5 г/см³, что свидетельствует о переуплотнении почвы. Наиболее плотными оказываются слои 10-15 и 20-25 см, здесь величины плотности почвы выше 1,7 г/см³.

Величины водопроницаемости напротив выше в пределах ландшафта разрушенного бугра Бэра. Это связано с фактическим уничтожением поверхностного гумусового слоя, в результате чего нижележащие слои более легкого гранулометрического состава оказываются на поверхности, водопроницаемость которых выше, чем для гумусовых горизонтов.

Что касается гумусового состояния почв исследуемых ландшафтов, то следует отметить аномально низкие значения содержания гумуса в почвах ландшафта разрушенного бугра Бэра, что связано с антропогенным уничтожением поверхностного гумусового слоя.

При изучении солевого состояния в почвах ландшафта разрушенного и частично разрушенного бугров выявлена тенденция устойчивой миграции ЛРС в направлении от разрушаемых бугров. Нет сомнения, что данная закономерность вызвана антропогенным вмешательством.

Данные результаты позволяют предположить, что сокращение площадей бэровских бугров способствует деградации почв окружающего ландшафта, меняет его структуру, что может способствовать интенсификации процессов опустынивания в регионе.

Глава V. Сравнительная оценка состояния почв в бугровых ландшафтах. В данной главе проведена сравнительная статистическая оценка особенностей пространственного распределения физических параметров (влажность, плотность и водопроницаемость) и содержания ЛРС в корнеобитаемом слое (0-25 см) почвенного покрова для ландшафтов бугров Бэра с различной степенью антропогенного воздействия (то есть различной степени нарушенности самого бугра).

По основным статистическим оценочным параметрам (среднее значение, медиана, стандартное отклонение и коэффициент вариации) для почвенных свойств различных типов ландшафтов были выявлены следующие различия. По влажности почвы ландшафта разрушенного бугра Бэра отличаются наибольшим отклонением случайной величины от среднего (4,29%), наибольшей ошибкой среднего значения (0,71%) и достаточно большим коэффициентом вариации (44,92%), что свидетельствует о значительном разбросе величин влажности по данному слою относительно средней величины и неоднородности его по влагосодержанию. По содержанию ЛРС высокими значениями среднего и медианы (1,34 и 1,10% соответственно) отличаются почвы ландшафта частично разрушенного бугра, что характеризует их, как наиболее засоленные. Действительно, почвы данного ландшафта подвержены вторичному засолению. По плотности почвы ландшафта разрушенного бугра Бэра заметно отличаются от почв других ландшафтов практически по всем статистическим показателям, за исключением интервала варьирования. Такие высокие значения статистических характеристик, например, среднее значение и медиана равны 1,66 и 1,70 г/см³ соответственно, указывают на переуплотнение корнеобитаемого слоя почв данного ландшафта, а высокое значение коэффициента вариации и стандартного отклонения - на большую степень варьирования параметра как внутри корнеобитаемого слоя, так и в пространстве на исследуемой территории.

С использованием непараметрических статистик (техника Box&Whiskers Plot) показано, что по распределению значений исследуемых почвенных показателей от остальных ландшафтов отличается ландшафт разрушенного бугра Бэра (рис. 8), влажность почв которого характеризуется небольшим смещением 50%-ти интервала значений (25 - 75%) в сторону наименьших, а медианы в сторону наибольших значений. Что свидетельствует о меньшей обеспеченности влагой корнеобитаемого слоя почв данного ландшафта, по сравнению с почвами других ландшафтов.

Рисунок 8. Статистики распределения величин исследуемых параметров по корнеобитаемому слою почв ландшафтов разной степени нарушенности (обозначения: 1- ландшафт разрушенного бугра Бэра; 2 - ландшафт частично разрушенного бугра Бэра; 3 - ландшафт не разрушенного бугра Бэра).

Почвы ландшафта разрушенного бугра Бэра отличаются высокими значениями, а так же наибольшим интервалом типичных величин плотности, который находится на равном удалении от максимума и минимума. Медиана смещена в сторону максимума, значение которого доходит практически до 1,96 г/см³. Все это свидетельствует, как было сказано ранее, о переуплотнении, значительной однородности и преобладании высоких значений в корнеобитаемом слое почв исследуемого ландшафта.

Результаты анализа на достоверность различий корнеобитаемых слоев почв ландшафтов по исследуемым параметрам представлены на рисунке 9, где красной линией по оси ординат показан уровень достоверности (Ь>0,05), а по оси абсцисс - сравниваемые типы ландшафтов.

Рисунок 9. Диаграммы достоверности различий почв по исследуемым параметрам между ландшафтами (обозначения: 1 - ландшафт разрушенного и частично разрушенного бугра Бэра; 2 - ландшафт разрушенного и не разрушенного бугра Бэра; 3 - ландшафт частично разрушенного и не разрушенного бугра Бэра)

Из диаграммы на рисунке 9 хорошо видно, что по содержанию влаги в 25-ти сантиметровом корнеобитаемом слое почв ландшафт разрушенного бугра Бэра достоверно отличается от двух других исследуемых нами ландшафтов, которые между собой не имеют достоверных различий по влагообеспеченности почв. Действительно, как было указано ранее, практически по всем статистическим показателям и характеру распределения величин влажности почв ландшафт разрушенного бугра Бэра имел значимые отличия от двух других ландшафтов. Что в свою очередь подтверждает высказывания, сделанные в предыдущей главе, о том, что практически полное разрушение бугров Бэра приводит к ухудшению влагообеспеченности ландшафта и негативно сказывается на пространственном распределении влаги на близлежащих территориях.

Достоверно различаются по плотности почвы ландшафта не разрушенного бугра с почвами двух других ландшафтов. Наиболее явное отличие имеют почвы ландшафта частично разрушенного и не разрушенного бугра. По результатам проведенных исследований, сделаем вывод, что почвы ландшафтов, подвергшихся антропогенному воздействию, отличаются значительной переуплотненностью и однородностью корнеобитаемого слоя. А так же по мере увеличения антропогенного воздействия на почвы бугрового ландшафта и, в конечном счете, уничтожение бугра приводит к увеличению плотности почвы и дальнейшей ее деградации.

Почвы всех трех исследуемых ландшафтов имеют достоверное различие по водопроницаемости корнеобитаемого слоя между собой. По мере увеличения антропогенного воздействия на бугровой ландшафт, возрастает опасность механического разрушения корнеобитаемого слоя почв, что в свою очередь приводит к увеличению неоднородности данного слоя по водопроницаемости, увеличению ее значений в пределах ландшафта, что пагубно отразится на его дальнейшем развитии.

Почвы ландшафтов по содержанию легкорастворимых солей в корнеобитаемых слоях имеют между собой достоверное различие. То есть почвы ландшафтов разрушенного, частично разрушенного и не разрушенного бугра достоверно различаются по солесодержанию.

Таким образом, проведенные выше сравнительные исследования по основным статистическим показателям и результатам анализов позволяют предположить, что антропогенное вмешательство в естественное развитие экосистем бугровых ландшафтов приводит к ухудшению водно-физической обстановки и засолению почв. Так же было установлено, что почвы исследуемых ландшафтов достоверно различаются по всем изученным физическим свойствам и солесодержанию, это позволяет предположить, что, в зависимости от степени антропогенного воздействия, в почвах ландшафта происходят необратимые изменения, значительно меняющие солевое и физическое состояние почв.

Выводы

1. Разрушение бугров Бэра приводит к изменению структуры почвенного покрова и солевой обстановки в ландшафте.

2. Установлено, что при нарушении целостности бугров значительно возрастает пространственная вариабельность почвенных свойств, что приводит к формированию почвенных разностей, не свойственных для прилегающих ландшафтов ненарушенных бугров.

3. Установлено, что содержание органического вещества в почвах ландшафтов разрушенных бугров составляет менее 1%, при среднем содержании гумуса в почвах естественных ландшафтах - 4%.

4. Уничтожение бэровских бугров приводит к формированию почв с существенно новыми свойствами, унаследованными от подстилающей поверхности.

5. Почвы нарушенных бугровых ландшафтов значимо отличаются по влажности, водопроницаемости, плотности, содержанию гумуса и солевому состоянию.

6. Соли в естественных ландшафтах имеют тенденцию к накоплению вокруг бэровских бугров (бугор является центром аккумуляции), при нарушении и уничтожении бугров выявлена тенденция значительного пространственного распространения солей в околобугровых пространствах.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Стрелков С.П., Сорокин А.П. Влияние паводков на свойства почв пойменных лугов дельтовых биоценозов (на примере дельты Волги) / Мат. Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005». Москва, 2005. - С. 112-113.

2. Стрелков С.П. К вопросу изучения режима влажности почв лугов среднего уровня волжской дельты / Мат. Международной конференции «Актуальные проблемы современных аграрных технологий». Астрахань, 2006. - С. 98-99.

3. Сорокин А.П., Стрелков С.П. Изучение пространственной вариабельности солевого состояния почв методами математической статистики / Мат. Четвертой Всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса». Астрахань, 2009. С. 24 - 27.

4. Федотова А.В. Сорокин А.П., Стрелков С.П. Попова Е.А. Биосферная роль бугров Бэра в сохранении биоразнообразия дельты Волги / Мат международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» Астрахань 7-10 декабря 2010г. С. 168-171.

5. Федотова А.В., Яковлева Л.В., Сорокин А.П., Перевалова А.С., Стрелков С.П., Кондрашин К.Г. Изучение влияния засоления почвы на ее физическое состояние и рост сельскохозяйственных культур / Мат. международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии» Астрахань 7-10 декабря 2010г. С. 165-168.

6. Сорокин А.П., Стрелков С.П., Поволоцкая Е.В. Физические свойства вторично засоленных почв / Материалы международной научной конференции, посвященной 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева «Ресурсный потенциал почв - основа продовольственной и экологической безопасности России». Типография издательства СПбГУ. Санкт-Петербург 1- 4 марта 2011 г. С. 471-472.

7. Сорокин А.П., Стрелков С.П., Поволоцкая Е.В. Пространственное распределение влажности в почвах ландшафта разрушенного бугра Бэра / Мат. Седьмой Всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса. Будущее АПК». Астрахань 26 - 27 апреля 2011 г. с. 146-148.

8. Сорокин А.П., Стрелков С.П., Рябкова Е.В. Сравнительная оценка солевого состояния почв в бугровых ландшафтах дельты Волги / Мат. Седьмой Всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса. Будущее АПК». Астрахань 26 - 27 апреля 2011 г. с. 149-152.

9. Стрелков С.П. Солевое состояние почв антропогенно нарушенного ландшафта бугра Бэра / Мат. XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ - 2011» Москва, 2011. Сер. Почвоведение.

10. Стрелков С.П., Сорокин А.П., Федотова А.В., Кондрашин К.Г. Сравнительный анализ состояния почвенного покрова антропогенно нарушенных ландшафтов бугров Бэра / «Естественные науки», журнал фундаментальных и прикладных исследований, Астраханский государственный университет. - №1 (34) 2011г. С. 69-78.

Заказ № 2406. Тираж 100 экз.

Уч.-изд. л. 1,5. Усл. печ. л. 1,4.

Оттиражировано в издательском доме «Астраханский университет»

414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20

Тел. (8512) 48-53-47 (отдел маркетинга), 48-53-45 (магазин);

тел. 48-53-44, тел./факс (8512) 48-53-46

E-mail: asupress@yandex.ru

Размещено на Allbest.ru

...