АГРОГЕННАЯ ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ КАК ФАКТОРА ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ОРЕНБУРГСКОГО ЗАУРАЛЬЯ

Растительность как фактор почвообразования является первичным источником органического вещества почвы, регулятором гидротермического режима, и в конечном счете физических, химических, биологических свойств почвы [1]. Степные почвы Оренбургского Зауралья представлены зональными подтипами черноземов  (обыкновенных и южных) и темно-каштановыми почвами. Почвы Зауралья длительное время подвергались пахотному использованию, что привело к агрогенной деградации и уничтожению естественных растительных сообществ [3; 6; 7]. Целью данного исследования являлось изучение состава, структуры, биомассы фитоценозов, их динамики в процессе пахотного использования и влияния на условия почвообразования.

Исследование проводилось в июле-августе 2008 года. Динамика состояния растительности изучалась в ряду зональных подтипов почв (черноземы обыкновенные – черноземы южные – темно-каштановые почвы) и в ряду «целина-пашня». На каждом целинном и пахотном участке закладывался полнопрофильный разрез для изучения морфологических свойств почвы и отбора образцов, а также пробные площадки для геоботанического изучения, определения величины проективного покрытия, ярусности, видового состава фитоценозов. Величина надземной биомассы определялась путем укоса растений на площади 1 м² в трех повторностях, величина поземной биомассы определялась методом почвенных монолитов размером 20?20?20 см  (в пяти повторностях). Водопроницаемость почв определяли методом трубок, плотность сложения – путем отбора проб известного объема с помощью почвенных буров. Продукцию углекислого газа определяли послойно (0–10, 10–20, 20–30, 30–40 см) для навески почвы 100 г абсорбционным методом, целлюлозолитическую активность – по убыли массы целлюлозной полоски в лабораторных условиях в течение 14 дней.

Геоботаническая характеристика участков исследования представлена в табл. 1. Флористических состав растительных сообществ представлен 52 видами растений из 45 родов 19 семейств. Наиболее многочисленны виды семейств Fabaceae (8 видов), Asteraceae (7), Poaceae (7). На участке чернозема обыкновенного обнаружено 35 видов растений, что составляет 67,3% от общего списка видов, на участке чернозема южного – 34 вида (65,4%), на участке темно-каштановой почвы выявлено 24 вида (46,2%).

Таблица 1. Геоботаническая характеристика участков исследования

Видовое сходство фитоценозов оценивалось с помощью индексов Чекановского-Съеренсена и Жаккара. Рассчитанные коэффициенты показывают наибольшее сходство флор между участками чернозема обыкновенного и южного (индекс Чекановского-Съеренсена равен 0,32; индекс Жаккара – 0,88) и наименьшее – между участками чернозема обыкновенного и темно-каштановой почвой (индексы равны соответственно 0,30 и 0,76). Эти данные отражают большее сходство условий почвообразования, определяемых составом растительности, для почв одного генетического типа.

Растения являются не только фактором почвообразования, но и индикатором экологических условий. Обнаруженные на исследуемых участках виды растений распределялись на экологические группы по отношению к условиям увлажнения, а также на биоморфы по классификации жизненных форм К. Раункиера и И.Г. Серебрякова [4; 8]. На всех участках по количеству видов преобладают ксерофиты и ксеромезофиты. Мезофиты характерны только для участка чернозема обыкновенного, где составляют 11,43% от общего количества видов, и отсутствуют на двух других участках, что отражает более аридные условия на них. Преобладающими биоморфами по классификации К.Раункиера являются гемикриптофиты (78–85%), что демонстрирует приспособленность видов к перенесению неблагоприятных условий в холодный период года. Согласно классификации И.Г. Серебрякова, на исследуемых участках преобладают травянистые многолетники, среди которых доминируют стержнекорневые растения: на участке темно-каштановой почвы – 25,00%, на участке чернозема южного – 34,28%, чернозема обыкновенного – 34,28%. Эти данные отражают большее разнообразие разнотравной растительности на участках черноземной почвы по сравнению с темно-каштановой почвой.

Общие запасы фитомассы уменьшаются в ряду чернозем обыкновенный –чернозем южный – темно-каштановая почва (табл. 1). Основной вклад в общие запасы биомассы степных почв вносит подземная фитомасса, что связано с аридизацией климата и заменой разнотравья на злаковую растительность с мочковатой корневой системой [1].Сравнение запасов общей фитомассы на целинных и пахотных участках показывает, что они различаются в 7–9 раз, а подземной фитомассы – в 9–12 раз. Снижение поступления в пахотные почвы растительной биомассы не может не сказываться на их физических и биологических свойствах [1].

В частности, наилучшие показатели коэффициента впитывания отмечены на целинном участке чернозема обыкновенного, самые низкие, характеризуемые как удовлетворительные, - на пахотном участке данного подтипа почв. Объемная масса в ряду зональных подтипов почв закономерно повышается, но при этом плотность сложения почвы на пашне превосходит таковую на целине. Для всех подтипов почв наблюдается скачкообразное повышение объемной массы пахотной почвы на 12–22% на глубине 10–20 см по сравнению с вышележащим слоем. По всей видимости, это объясняется залеганием на данной глубине плужной подошвы.

Наиболее достоверные показатели биологической активности почв – продукция углекислого газа (дыхание почв) и ферментативная активность [2; 5]. Продукция СО₂целинными черноземами выше, чем пахотными, при этом разница наиболее заметна для чернозема обыкновенного (7,70 и 3,02 мг/кг·час соответственно). Для чернозема южного аналогичные показатели составляют 5,97 и 5,22 мг/кг·час. В случае с темно-каштановой почвой выявлена обратная зависимость: пахотная почва имеет большую продукцию СО₂, чем целинная. Это, по всей видимости, объясняется неблагоприятными водно-воздушными условиями для данной почвы и требует дальнейшего изучения. Дыхание почв в слое 0–10 и 10–20 см тесно коррелирует с содержанием подземной биомассы и максимально для целинных участков чернозема южного (11,30 и 4,39 мг/кг·час) и чернозема обыкновенного (4,40 и 11,00 мг/кг·час). Целлюлозолитическая активность целинных почв также выше по сравнению с пахотными почвами и закономерно убывает с глубиной.

Таким образом, изменение биологического фактора почвообразования почв Зауралья проявляется в смене растительных ассоциаций в ряду зональных подтипов почв (черноземы обыкновенные – черноземы южные – темно-каштановые почвы), в снижении проективного покрытия и уменьшении доли мезоксерофитов и мезофитов при продвижении с севера на юг. Агрогенная трансформация растительности на участках пахотных почв вызывает многократное снижение поступления биомассы, что негативно отражается на физических (плотность сложения и водопроницаемость) и биологических (продукция СО₂ и ферментативная активность) свойствах исследуемых почв.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анилова Л.В. Роль растительного покрова в экологии гумусообразования лесостепных и степных черноземов Оренбургского Предуралья: Автореф. дисс… канд. биол. наук / Л.В. Анилова. – Оренбург, 2007. – 19 с.
2. Вальков В.Ф. Методология исследования биологической активности почв (на примере Северного Кавказа) / В.Ф. Вальков, К.Ш. Казеев, С.И. Колесников // Научная мысль Кавказа. – 1999. – № 1. – С. 32–37.
3. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2006 году. – Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2007. – 197 с.
4. Миркин Б.М. Наука о растительности: история и современное состояние основных концепций / Б.М.Миркин, Л.Г.Наумова. – Уфа: Гилем, 1998. – 410 с.
5. Наумов А.В. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности: Автореф. дисс… д-ра биол. наук / А.В. Наумов. – Томск, 2004. – 37 с.
6. Русанов А.М. Перспективы сохранения и восстановления свойств и экологических функций почв сельскохозяйственного назначения / А.М. Русанов // Экология. – 2003. – № 1. – С. 12–17.
7. Русанов А.М. Терминология и методология экологической оценки почв агроландшафтов / А.М. Русанов // География и природные ресурсы. – 2006. – № 3. – С. 131–137.
8. Рябинина З.Н. Конспект флоры Оренбургской области / З.Н. Рябинина. – Екатеринбург: УрО РАН, 1998. – 123 с.

О.А. Саблина