Влияние засоления на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Астраханской области Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 631.46

ВЛИЯНИЕ ЗАСОЛЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИДРОМОРФНЫХ ПОЧВ ИЛЬМЕНЕЙ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

© 2010 г. Ю.С. Кузнецова, К.Ш. Казеев

Южный федеральный университет, Southern Federal University,

ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов-на-Дону, 344006, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006,

[email protected]. ru dean2@bio. sfedu. ru

Установлено, что легкорастворимые соли оказывают сильное ингибирующее влияние на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Прикаспийской низменности.

Ключевые слова: аридные экосистемы, гидроморфные почвы, биодиагностика, биологическая активность почв.

It was found that the easily soluble salts inhibit biological properties of the soil hydromorphic depressions of the Caspian lowland. Keywords: arid ekosistemy, gidromorfic soils, biodiagnostics, biological activity of soils.

Почва представляет собой сложную самостоятельную, многогранную систему, в которой живые организмы, продукты их жизнедеятельности и отмирания, гумус, минеральные комплексы, воздух и вода взаимосвязаны и взаимообусловлены. Между почвой и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ и энергии, что и составляет сущность развития, становления свойств почв и их плодородия.

Важнейшим экологическим фактором в дельте Волги является засоление почв. В данном регионе к засоленным относятся почвы, содержащие в каком-либо горизонте более 0,25 % водорастворимых солей; в дельте их около 50 %.

Представляемая работа является частью цикла научных исследований по изучению биологических свойств засоленных почв аридной зоны юга России. Целью настоящего исследования являлось изучение и описание биологических и химических свойств гид-роморфных почв ильменей Астраханской области, засоленных в разной степени. В качестве исследуемых показателей были использованы ферментативная

активность, содержание гумуса, легкорастворимых солей, обилие бактерий азотобактер, интенсивность выделения углекислого газа, рН и др. [1].

Засоленными называются почвы, содержащие в своем профиле легкорастворимые соли в токсичных для многих растений количествах. Засоленные почвы представляют собой обязательный компонент ландшафтов аридных областей. Хотя встречаются засоленные почвы морских берегов в различных климатических условиях, степень засоленности этих почв также достигает наибольших значений только в аридных зонах [2].

Астраханская область прорезана множеством ильменей, связанных на севере с притоками Волги, на юге с Каспийским морем. Наиболее значительная часть ильменей сообщается с рекой только во время половодья или морян. Есть ильмени, которые потеряли связь с рекой и в настоящее время или обсыхают или осолоняются. Дно ильменей плоское, слабо повышающееся в направлении берегов. Только в центральной части водоема наблюдаются слабые бороз-

ды - тальвеги, по которым и осуществляется обмен вод между соседними ильменями. Ильмени на востоке достигают ширины 2 км и более, в направлении на запад сужаются до ширины протока-ерика, а затем исчезают. Западные подстепные ильмени Астраханской области расположены к западу от основной, центральной системы рукавов Волги. Вся область западных подстепных ильменей в климатическом отношении представляет полупустыню с весьма малым количеством атмосферных осадков (не выше 180 мм в год). Средние летние температуры велики (до 25,3 °С). Зима холодная, но короткая; огромная испаряемость (до 700 мм в год) и незначительный снежный покров [3].

Весь район западных подстепных ильменей распадается по рельефу на две отличительные друг от друга части - западную или степную, и восточную или иль-менную. В направлении с востока на запад количество понижений, занятых водой, уменьшается, поверхность степи делается слабоувалистой, приобретая вид волнистого плато. Расчлененность рельефа восточной части территории ильменей объясняется постоянным взаимодействием с питающими их внешними водоемами (морем или рекой), так как они заполняются каждый раз, когда поднимается уровень воды в реке или на побережье. Значительные площади по окраинам ильменей покрыты новейшим аллювием, где растут влаголюбивые растения: рогоз (Typha angystifolia L.), тростник (Phragmites austra (Cav.) Trin ex Steud.) и др.

Степная часть более однообразна в смысле орто-графии и литологии. Местность преимущественно полупустынная, с небольшими чистыми понижениями, засоленными почвами и соответствующей растительностью: шведки (Suaeda maritime Dumort.), а в более засоленных впадинах - солянки (Petrosimonia crassifolia Bge.) и др.

Наиболее резко выраженным элементом рельефа данного района являются бэровские бугры. В основной массе они представлены обособленными холмами -увалами, ориентированными с запада на восток. Иногда встречаются целые массивы в виде плато. Межбуг-ровые понижения выражены в виде частых и правильных по расположению депрессий волнистой степи. Они чередуются с буграми и в поперечном профиле представляют мягкое понижение или вогнутую кривую с еле заметным более пологим северным склоном. Часть межбугровых понижений или котловин заполнена солями. Развитие самосадочных озер происходит главным образом в степной части западных ильменей; в восточной части они выражены слабее.

Объектами исследования являются гидроморфные почвы Астраханской области. Чтобы лучше выявить влияние засоления на биологические и химические показатели, были выбраны два участка. Почвы первого участка диагностированы как солончак гидро-морфный хлоридный, расположенный в нескольких метрах от соленого ильменя. Второй участок с аллю-виально-луговой почвой находится в прибрежной зоне пресного водоема.

Солончак покрыт коркой соли, мощностью 2-5 см. Растительный покров на солончаке неоднородный, сильно изрежен и представлен различными солянко-выми и солянково-полынными растительными группировками. Доминантными видами в растительном

сообществе данного местообитания являются петро-симония толстолистая (Petrosimonia crassifolia) и солерос европейский ^аИсогта еигораеа). Общее проективное покрытие участка менее 1 %, средняя высота травостоя 5 см. В таких солончаках ярко видны скачкообразные колебания содержания солей в строгом соответствии с изменением гранулометрического состава. Для профиля характерна слоистость, причем отмечена закономерность повторения залегания слоев, схожих по морфологическим признакам, происходит чередование солевых прослоек и аллювиальных отложений, связанных с поднятием уровня озера. Подобное строение профиля является подтверждением постоянного развития территории дельты в результате специфических дельтовых (прерывистость и стадийность) и аллювиальных (накопление аллювия) процессов почвообразования.

Профиль аллювиально-луговой почвы влажный, в нижней части профиля сочится вода. С приближением к пресному водоему появляются признаки оторфо-ванности. Растительность характерна для лугов низкого уровня и прибрежной зоны. Профиль представляет собой чередование слоев аллювиального происхождения различного гранулометрического состава. Глубина глеевого горизонта зависит от уровня поднятия водоема во время весенне-летних половодий. Грунтовое увлажнение на данном участке присутствует практически постоянно. Капиллярная кайма приурочена к поверхности. Зона аэрации здесь очень неустойчива. В маловодные годы такие почвы под воздействием минерализованных грунтовых вод засоляются, а в многоводные получают развитие процессы оторфовывания и заиливания.

Отмечено [3], что аккумуляция пресных вод в условиях застойно-промывного режима в исходно засоленных (карбонатных) горизонтах на фоне переувлажнения пресными поверхностными водами и неглубоким залеганием грунтовых вод приводит к благоприятным условиям для развития процесса глееобразования. Небольшое количество натрия и возможная минерализация грунтовых вод может ускорить или затормозить этот процесс. Непосредственно глеевый горизонт мокрый, сизо-серой или оливково-сизой окраски, бесструктурный, опесчаненный. Под ним, как правило, находится оглееная материнская порода, под которой залегает водоносный горизонт. Наибольшее распространение в дельте Волги получили именно такие почвы, образующиеся непосредственно на месте высыхающего ильменя или в его непосредственной близости, т.е. аллювиально-луговые почвы располагаются в самых низких местах межбугровых понижений или на окраинах ильменей, окаймляя их полосой.

Как показали результаты исследований, почвы изучаемых участков различаются по содержанию легкорастворимых солей. Аллювиально-луговая почва близ пресноводного водоема содержит легкорастворимые соли в значительных количествах только в верхнем горизонте (около 1%), что позволяет отнести данную почву к солончаковатой. Солончак, исследованный на участке в окрестностях соленого ильменя, содержит 3,5-5,8 % солей по всему профилю (рис. 1). Это отражается на росте и развитии растений и протекании биологических процессов в почвах [2].

Анализ активности каталазы показал, что в луговых почвах около пресноводного водоема активность этого фермента находится на достаточно низком уроне. При длительном переувлажнении и обводнении в поверхностных горизонтах установлена минимальная активность каталазы [4]. А.Ш. Галстян (1974) утверждал, что переувлажнение снижает активность окси-даз, но повышает активность гидролаз [5].

7 -| 6 -5 -4 -3 -2 -1 -0

%

Аллювиально-луговая

Солончак гидр омор фный

Рис. 1. Содержание солей в гидроморфных почвах

Это же установлено и другими авторами [6]. При этом активность каталазы в 2,5 раза выше, чем в солончаке окрестностей соленого водоема. Засоленность способствует ингибированию почвенных ферментов [5-7].

Как показали дальнейшие исследования, содержание гумуса в засоленных почвах очень низкое (0,2 %), в то время как в луговых почвах оно составляет около 4,8 %. Исследование активности дегидрогеназы показало еще более существенное влияние содержания солей в почвенном профиле. Активность дегидрогена-зы луговой почвы пресного ильменя в 5 раз превышает аналогичные показания солончака (рис. 2).

80 -, 60 -40 -20 -0

Аллювиально-луговая Солончак гидроморфный

■ азотобактер, % дегидрогеназа, мг ТФФ/10 г/24 ч

Рис. 2. Активность дегидрогеназы и обилие азотфиксаторов в гидроморфных почвах

Интенсивность дыхания исследуемых гидроморф-ных почв различается в зависимости от содержания легкорастворимых солей (рис. 3). При этом дополнительное увлажнение аридных почв приводит к стимулированию этого интегрального показателя биологической активности.

Луговая почва обладает средними значениями фи-тотоксичности (рис. 4). Продуктивность редиса, выбранного в качестве тест-объекта, в среднем ниже, чем в зональных бурых полупустынных почвах.

Возможно это связано со значительным содержанием токсичных продуктов полуразложения органи-

ческих веществ и восстановленных соединений, образующихся в условиях повышенного увлажнения [8].

Мг С02/100

40 -| 30 -20 -10 -0 --

Аллювиально-луговая

Солончак гидроморфный

Рис. 3. Интенсивность дыхания почв аридных территорий Астраханской области

На солончаке отмечена 100%-я гибель тест-объектов вследствие высокого содержания токсичных легкорастворимых солей.

Длина, мм

30 25 20 1 5 1 0 5 0

Аллювиально-луговая

Бурая полупустынная

проростки

корни

Рис. 4. Фитотоксичность почв аридных территорий Астраханской области

Из вышеизложенного следует, что в результате исследований установлено сильное ингибирующие влияние легкорастворимых солей на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Прикаспийской низменности.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Федерального агентства по науки и инновациям (грант Президента РФ № МД-1306. 2008.4) и Федерального агентства по образованию (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.»).

Литература

1. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологиче-

ская диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д, 2003. 204 с.

2. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга

России. Ростов н/Д, 2008. 276 с.

3. Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и

прогнозирования. Путеводитель научно-полевой экскурсии: материалы междунар. науч.-практ. конф. Астрахань, 2007. 32 с.

4. Лыков М.Г. Биологическая активность неоглеенных и

оглеенных дерново-подзолистых почв // Биологическая диагностика почв. М., 1976. С. 143-144.

5. Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Арме-

нии. Ереван, 1974. 275 с.

6. Казеев К.Ш., Стрелкова В.И., Тищенко С.А. Влияние

переувлажнения на биоту и свойства почв юга России. Ростов н/Д, 2006. 143 с.

7. Личко В.И. Ферментативная активность как индикатор

экологического состояния почв: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Воронеж, 1998. 18 с.

8. Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: эко-

логические аспекты / В.Ф. Вальков [и др.]. Ростов н/Д, 2008. 412 с.

Поступила в редакцию_19 мая 2009 г.