CC BY
17
УДК 505.7
ВЛИЯНИЕ ПАСТБИЩНОЙ НАГРУЗКИ НА ДИНАМИКУ МАКРОЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМЕ «ПОЧВА - РАСТЕНИЕ»
Нина Петровна Миронычева-Токарева
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, доцент, зав. лабораторией биогеоценоло-гии, тел. (383)363-90-25, e-mail: nina@issa.nsc.ru
Светлана Васильевна Шибарева
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории биогео-ценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: shibarevas@mail.ru
Наталья Геннадьевна Коронатова
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории биогео-ценологии, тел. (383)363-90-25, e-mail: coronat@mail.ru
Елена Владимировна Михайлова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат географических наук, старший преподаватель кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: milek123@.mail.ru
Высокая скорость минерализации подстилки в степной и лесостепной зонах способствует быстрому высвобождению макроэлементов из подстилки и включение их в открытые циклы с дальнейшей миграцией по почвенному профилю. Пастбищная нагрузка стимулирует процессы минерализации, что позволяет макроэлементам быстро включатся в процессы ре-синтеза органических веществ. Перевод пастбища в заповедный режим приводит к накоплению подстилки в верхнем слое почвы и замедлению процессов разложения.
Ключевые слова: микроэлементы, подстилка, ветошь, запас, растительное вещество.
THE INFLUENCE OF THE PASTURE LOAD ON THE DYNAMICS OF MACROELEMENTS IN THE SOIL-PLANT SYSTEM
Nina P. Mironycheva-Tokoreva
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., Associate Professor, Head of the Laboratory of Biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: nina@issa.nsc.ru
Svetlana V. Shibareva
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., Research Fellow of the Laboratory of Biogeocenology, tel. (383) 363-90-25, e-mail: shibarevas@mail.ru
Natalia G. Koronatova
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Аkademik Lavrentiev Prospect, Ph. D., Research Fellow of the Laboratory of Biogeocenology, tel. (383)363-90-25, e-mail: nina@issa.nsc.ru
Elena V. Mikhailova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Senior Lecturer of the Department of Ecology and Nature Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: milek123@.mail.ru
The high rate of litter mineralization in the steppe and forest-steppe zones promotes the rapid release of macroelements from the litter and their inclusion in open cycles with further migration along the soil profile. Pasture load stimulates the processes of mineralization, which allows macroelements to be included quickly into the processes of the resynthesis of organic substances. Transfer of pasture to a conservation regime leads to the accumulation of litter in the upper layer of the soil and slowing down the processes of decomposition.
Key words: microelements, litter, dead plant organs, stock, plant matter.
Баланс макро- и микроэлементов биосферы в связи с деятельностью живых организмов - одна из глобальных научных задач, связанной с проблемами изменения климата, питания человека, сельского хозяйства и т. д. Основой такого моделирования служат точечные наблюдения - анализ элементного состава живых организмов и почвы. Такие наблюдения, прежде всего фракции фито-массы и элементный состав почв, как правило, трудоемки и дороги, в связи с чем - немногочисленны, т. е. исследования почти всегда проводятся с небольшим количеством повторностей. Вместе с тем известно, что и растительному, и почвенному покрову, даже в пределах одного биогеоценоза, свойственна значительная пространственная и временная вариабельность, в том числе -вариабельность видового состава и обилия видов растений, мощности и химизма почвенных горизонтов, а соответственно, и объемов макро- и микроэлементов на единицу площади. При моделировании балансов важнейших макро-и микроэлементов простая экстраполяция результатов на большие территории может приводить к значительным ошибкам.
Процессы педогенеза и развитие почвы тесно связаны с динамикой и функционированием экосистем, поскольку почвы - это открытые динамические системы связанные с другими компонентами экосистемы потоками вещества и энергии. Количественные характеристики питательных элементов в почве контролируются деструкционным звеном углеродного цикла, обеспечивающего возврат в атмосферу углерода изъятого из нее в ходе фотосинтетической ассимиляции и макроэлементов в почвенный профиль. Важную роль в плодородии почв играют макроэлементы Р, К, Са, и т.д. Уровень содержания этих элементов в конкретных экосистемах представляет собой разность между поступлением с мертвыми растительными остатками и высвобождением их в процессе разложения.
Влияние пастбищной нагрузки на динамику макроэлементов в системе почва-растение изучалось на степных катенах в пределах степной части Ильменского государственного заповедника, которая находится на восточном склоне Южного Урала в зоне Зауральского пенеплена и представляет собой холмисто-равнинную территорию с превышениями 350-390 м над уровнем моря.
Основными почвообразующими породами данного района служат делювиальные, часто карбонатизированные суглинки, реже - глины светло-коричневого, буро-коричневого, желто-коричневого цвета. Содержание карбонатов в этих породах достигает 2-3 %. На них формируются черноземы обыкновенные и лугово-черноземные почвы. В случае, когда грунтовые воды залегают достаточно высоко, делювиальные осадки засоляются - на них развиваются по-лугидроморфные солонцы.
В верхних частях склонов холмов, в межсопочных понижениях почвы сформировались на продуктах выветривания палеозойских пород, в основном -вулканитов основного состава, часто окремненных. В слабодренированных котловинах, на карбонатах содержащих пестроцветные глины сформировались автоморфные солонцы и солончаки с низким содержанием карбонатов и высокой степенью засоления хлоридами.
На территории заповедника располагаются пять колков, основным доминан-том которых является береза пушистая (Betula pubescens). К ореолам вокруг колков приурочены остепненные луга включающие сообщества - лугово-разнотравные, злаково-разнотравные, разнотравно-злаковые. Широко представлены на территории заповедника, особенно на каменистых склонах сопок и на приречных солонцах тырсовые степи, эдификатором которых является Stipa capillata. Также распространены типчаковые степи, доминантом которых является Festuca valesiaca. В сравнительно небольшом количестве, главным образом в степных западинах и в более влажных подсклоновых участках мелкосопочных равнин присутствуют красноковыльные степи, основной эдификатор - Stipa zalesski.
Климат изучаемой территории характеризуется, как резко континентальный и его основные характеристики обусловлены взаимодействием атмосферной циркуляции с рельефом южной окраины Уральских гор, который характеризуется как самый сухой и теплый. Средние температуры января -16-20 оС. Температурный режим очень изменчив: во все зимние месяцы сильные морозы могут чередоваться с оттепелями до + 3 оС в январе и до +18 оС в ноябре. Длительность зимнего периода в данном микрорайоне может колебаться от 100 до 154 дней. Средняя глубина промерзания грунта 135 см. В среднем высота снежного покрова составляет 25 см, средняя продолжительность снеготаяния составляет 15-20 дней, но может варьировать от 6-30 дней и более. Средние температуры июля +18 +20 оС. Период с температурой воздуха выше +15 оС составляет 95 дней. Осадки составляют 250-300 мм в год, из них 45 % выпадает летом и 10-12 % зимой, годовая испаряемость в 2 раза превышает годовое количество осадков. Характер летних осадков преимущественно ливневый, район подвержен засухам, частым суховеям, водной и ветровой эрозии почвы. Господствующее направление ветра зимой - юго-западное, летом северное и северо-западное. Среднемесячные скорости ветра за зимние месяцы несколько выше, чем в летние и составляют 4,4 м/сек [1].
Структура запасов растительного вещества - одна из важнейших характеристик экосистемы. Большие запасы зеленой массы и корней свидетельствуют о высокой интенсивности продукционных процессов, большие запасы мертвого
растительного вещества - о низких скоростях деструкционных процессов. По изменению соотношения запасов можно судить об изменении скорости образования и разрушения растительного вещества. Запас надземной мортмассы (подстилки и ветоши) зависит от количества живой массы и скорости разложения мортмассы. Чем выше продукция, относительной мерой которой служит максимальный запас живого растительного вещества, и ниже скорость деструкции, тем больше накапливается надземной мортмассы. У изучаемых катен запас мортмассы выше запаса фитомассы. Он колеблется в пределах 1020-2800 г/м2.
Подстилка в степных и луговых ландшафтах не выделяется отдельным горизонтом. В биологическом круговороте она связывает живое растительное вещество и почву и состоит из мертвых растительных остатков, находящихся на различных стадиях разложения. В ней происходит полная минерализация сахаров, белков, вымывание элементов питания (К, К, Са) из растительных остатков в почву, накопление железа и алюминия, образование фульвокислот и поступление их в почвенный профиль.
Количество подстилки зависит от режима использования экосистемы. Установлено, что при переводе пастбища в заповедный режим происходит накопление вначале ветоши, а затем подстилки, что, в свою очередь, приводит к накоплению макроэлементов в верхнем слое почвы и замедление процессов разложения. Концентрация углерода меняется от 15 до 50 % и зависит от состава растительности на позициях катен (таблица). Ряд последовательного уменьшения содержания зольных элементов имеет следующий вид Р > Са > А1 > Fe > М^ > К > Ка. Са, Р, Бе и А1 составляют целые и десятые доли процента. При высокой пастбищной нагрузке количество подстилки невысоко, в ней процессы разложения протекают значительно быстрее, что увеличивает оборачиваемость макроэлементов системе.
Таблица
Содержание элементов в подстилке различных позиций степных катен, мг/100 г в % (К-1 - заповедная катена; К-2 - катена под пастбищной нагрузкой)
К-1 г/м2 зола Р Мв Са Ка К Бе А1
эль 86,0 15,7 18,4 0,14 1,15 0,01 0,13 0,31 1,14
Тр1 135,3 28,4 53,7 0,21 1,64 0,08 0,22 0,39 1,79
Тр2 195,9 37,2 75,5 0,33 2,15 0,13 0,31 0,88 2,58
Тр3 204,2 37,1 51,2 0,51 2,38 0,08 0,3 1,16 3,47
Тр4 263,2 50,5 45,6 0,39 1,81 0,07 0,23 1,47 0,81
Ак 225,6 41 57,2 0,45 2,16 0,06 0,27 1,28 3,51
К-2
эль 151,2 32,6 36,2 0,21 1,98 0,03 0,28 0,61 2,97
Тр1 133,6 32,7 36,8 0,14 1,28 0,02 0,2 0,76 1,84
Тр2 177,2 30,2 53,3 0,26 1,57 0,03 0,23 0,63 2,12
Тр3 84,8 13,7 30,4 0,15 1,06 0,02 0,23 0,31 1,45
Тр4 63,7 13,1 21,9 0,14 0,75 0,01 0,12 0,29 1,42
Ак 58,2 11,8 24,7 0,18 0,84 0 0,12 0,33 1,34
Большая скоростью минерализации подстилки в степной и лесостепной зонах способствует быстрому высвобождению макроэлементов из подстилки и включение их в открытые циклы с дальнейшей миграцией по почвенному профилю. Пастбищная нагрузка стимулирует процессы минерализации, что позволяет макроэлементам быстро включатся в процессы ресинтеза органических веществ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Левит А. И., Миронычева-Токарева Н. П. Степные и лесостепные ландшафты юга Челябинской области и их трансформация. - Челябинск : Крокус, 2005. - 196 с.
© Н. П. Миронычева-Токарева, С. В. Шибарева, Н. Г. Коронатова, Е. В. Михайлова, 2017
