CC BY
3
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
Научная статья
УДК 631.459; 631.42
doi: 10.18522/1026-2237-2024-1-126-132
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ПАСТБИЩНОЙ ДИГРЕССИИ
Екатерина Андреевна Бурукина1, Сергей Ильич Колесников•2В, Людмила Вячеславовна Яковлева3, Татьяна Владимировна Минникова4
13 Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева, Астрахань, Россия
24 Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
'pro 100-ekaterina@mail. ru
2kolesnikov@sfedu. ru B
3yakovleva_lyudmi@mail.ru
4tminnikova@sfedu. ru
Аннотация. Пастбищная дигрессия является одним из основных факторов деградации и опустынивания территорий на Юге России. Воздействие нерационального выпаса сельскохозяйственных животных на растительный и почвенный покров имеет значительные негативные последствия, вследствие чего современная растительность полупустыни Северного Прикаспия в течение десятилетий сильно изменилась и приняла неблагоприятную динамику. Объектом исследования стали почвы Астраханской области, подверженные различной стадии пастбищной дигрессии. Фитоиндикацию проводили по показателям прорастания и интенсивности начального роста с помощью традиционной тест-культуры (Raphanus sativus L.). В результате исследования не было установлено зависимости показателей прорастания и интенсивности начального роста редиса от стадий пастбищной дигрессии. Фитотоксичность почв зависела от свойств почвы, таких как содержание гумуса, подвижного фосфора, реакция почвенного раствора, плотность почвы.
Ключевые слова: опустынивание, пастбищная дигрессия, фитоиндикация, показатели прорастания, показатели интенсивности начального роста, Raphanus sativus L.
Для цитирования: Бурукина Е.А., Колесников С.И., Яковлева Л.В., Минникова Т.В. Исследование фи-тотоксичности почв Астраханской области, подверженных пастбищной дигрессии // Изв/ вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2024. № 1. С. 126-132.
Благодарности: исследование выполнено при поддержке Программы развития Астраханского государственного университета им. В.Н. Татищева («Приоритет-2030»).
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0). Original article
STUDY OF PHYTOTOXICITY OF SOILS OF THE ASTRAKHAN REGION EXPOSED TO PASTURE DIGRESSION
Ekaterina A. Burukina1, Sergey I. Kolesnikov 2B, Lyudmila V. Yakovleva3, Tatiana V. Minnikova4
13 Tatishchev Astrakhan State University, Astrakhan, Russia
2 4 Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
'pro 100-ekaterina@mail.ru
2kolesnikov@sfedu. ru B
3yakovleva_lyudmi@mail.ru
4tminnikova@sfedu. ru
© Бурукина Е.А., Колесников С.И., Яковлева Л.В., Минникова Т.В., 2024
Abstract. Pasture digression is one of the main factors of degradation and desertification of territories in the South of Russia. The impact of unsustainable grazing of agricultural animals on plant and soil cover has significant negative consequences, as a result of which the modern vegetation of the semi-desert of the Northern Caspian region has changed greatly over the decades and has taken on unfavorable dynamics. The object of the study was the soils of the Astrakhan region, subject to various stages ofpasture digression. Phytoindication was carried out according to the indicators of germination and intensity of initial growth using a traditional test culture (Raphanus sativus L.). As a result of the study, no dependence was established between the indicators of germination and intensity of initial growth of radish on the stages ofpasture digression. Soil phytotoxicity depended on soil properties, such as humus content, mobile phosphorus, soil solution reaction, and soil density.
Keywords: desertification, pasture digression, phytoindication, germination indicators, indicators of the intensity of initial growth, Raphanus sativus L.
For citation: Burukina E.A., Kolesnikov S.I., Yakovleva L.V., Minnikova T.V. Study of Phytotoxicity of Soils of the Astrakhan Region Exposed to Pasture Digression. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2024;(1):126-132. (In Russ.).
Acknowledgments: this research was supported by the Astrakhan State University named after. V. N. Tat-ishcheva Development Program (Priority-2030).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Почва является элементом среды, отражающим продолжительность и интенсивность притока и накопления загрязняющих веществ. Ей отводится особое место среди экологических систем, которые осуществляют многочисленные функции. Деградация почвенного покрова приводит к нарушению экологических функций почвы.
Пастбищная дигрессия - один из основных факторов деградации и опустынивания территорий, что приводит к ухудшению состояния биотических сообществ (экосистем) пастбищ из-за внешних или внутренних причин, когда из травостоя выпадают высокостебельные растения [1, 2]. Такое понятие, как оптимальная нагрузка по выпасу сельскохозяйственных животных, является фундаментальным законом сохранения растительности пастбищ. Воздействие чрезмерного выпаса сельскохозяйственных животных на растительный покров и почву наблюдается в огромных масштабах и различных проявлениях [3-5].
В течение длительного времени и при регулярном угнетении растительных сообществ во время чрезмерного выпаса сельскохозяйственных животных верхний почвенный слой, лишенный растительного покрова, получает большую инсоляцию, что приводит к повышению температуры и снижению влажности почвы.
Применение методов фитотестирования позволяет дать характеристику степени влияния изучаемого фактора, в данном случае - чрезмерного выпаса сельскохозяйственных животных, на фитоценозы пастбищ. Преимущества метода определения фитотоксичности почв - экспресс-ность, простота, оперативность, достоверность полученных результатов и весьма хорошая воспроизводимость. Объективность результатов исследования служит инструментом к широкому распространению фитотестов в различных областях применения.
Цель статьи - оценить фитотоксичность почв Астраханской области, подверженных пастбищной дигрессии.
Для оценки физико-химических и фитотоксических свойств почв были заложены 3 опытные площадки для отбора почвенных образцов.
Степень пастбищной дигрессии определялась с учетом показателей, описанных Л.Г. Рамен-ским, который установил 10 стадий дигрессии пастбищ в зависимости от степени отчуждения травостоя вследствие неконтролируемого выпаса сельскохозяйственных животных, а также от степени угнетения жизнедеятельности растений [6, 7].
Точки отбора располагались на территориях, где невооружённым глазом заметна пастбищная дигрессия: полигоны Барханы (Наримановский р-он) и Кордон Харабалинский (Хараба-линский р-он), село Рассвет (Наримановский р-он). На каждом объекте отбирали по три образца почвы в 3 повторностях. Расположение объектов на территории Астраханской области показано на рис. 1.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
Рис. 1. Карта расположения площадок отбора / Fig. 1. A map of the location of the selection sites
На исследуемых полигонах установлены разные степени пастбищной дигрессии: от стадии № 7, когда наблюдается сильное влияние выпаса сельскохозяйственных животных (пастбищная стадия), до стадии № 10 - абсолютного сбоя: почва вытоптана и практически полностью лишена растительности (общее проективное покрытие растительностью составляет < 0,001 %). В таблице указаны характеристики и стадии дигрессии почвенных полигонов.
Участки, расположенные на полигоне Барханы, - это часть района с ландшафтом, представляющим северный вариант песчаной пустыни. Преобладают грядовой и барханно-бугристый рельефы с неразвитыми бурыми полупустынными почвами и своеобразной песколюбивой разреженной растительностью рогачево-верблюжеколючкового и верблюжеколючкового сообществ [8, 9]. В лаборатории было определено, что гумус в почвах практически отсутствует, его содержание в верхнем слое не превышает 0,12-0,18 %. Его присутствие можно объяснить наносом с близлежащих гумусированных почв. Количество легкоусвояемого фосфора в верхнем слое составляет 0,4-1,4 мг на 100 г почвы, подвижного калия - 8-13. Реакция почвенного раствора слабощелочная - рН 7,8-8,1.
Почвенный покров полигона Кордон Харабалинский представлен зональными бурыми аридными супесчаными и песчаными почвами в комплексе с песками полупустынными закрепленными. Исследования показали, что содержание гумуса в верхнем горизонте составляет 0,1-0,74 %. Реакция почвенного раствора нейтральная и щелочная, рН верхнего горизонта колеблется в пределах 7,2-8,1. Обеспеченность почв подвижным фосфором составляет 3-6 мг на 100 г почвы, подвижным калием - 9,1-29,6 мг на 100 г почвы. Содержание гумуса на участке № 1, в песках, практически отсутствует (0,1-0,3 %), реакция среды нейтральная и щелочная (7,5-8,1). Содержание подвижного фосфора в верхнем слое составляет 2,9-5,6 мг на 100 г почвы, подвижного калия - 2,223,0 мг на 100 г почвы.
Почвенный покров полигона с. Рассвет - это грядово-волнистая и бугристо-барханная перевеянная равнина. После проведения анализа диагностировано, что содержание гумуса в слабозакреп-ленных песках практически отсутствует, а в верхнем слое не превышает 0,09-0,11 %, в закрепленных песках - 0,13-0,19 %. Количество легкоусвояемого фосфора в верхнем горизонте составляет 0,6-1,2 мг на 100 г почвы, подвижного калия - 7-11 мг на 100 г почвы. Реакция почвенного раствора щелочная - рН 8,3-9,2. В закрепленных песках содержание гумуса - 0,13-0,19 %. Реакция почвенного раствора щелочная - рН 8,9-9,03. Содержание подвижных форм фосфора - 0,8-3,2 мг на 100 г почвы, обменного калия - 11-32 мг на 100 г почвы.
Местоположение и характеристики полигонов / Location and characteristics of polygons
Место отбора Координаты Почва Условные обозначения Стадия пастбищной дигрессии по Л.Г. Раменскому
п. Барханы, Наримановский р-он N 46.30558 E 46.86050 Пески полупустынные незакрепленные Б № 1 10
N 46.30547 E 46.86017 Пески полупустынные слабозакрепленные Б № 2 9
N 46.30510 E 46.86028 Пески полупустынные закрепленные Б № 3 8
п. Кордон Харабалинский, Харабалинский р-он N 47.40491 E 47.83795 Пески полупустынные слабозакрепленные КХ № 1 9
N 47.40531 E 47.83451 Пески полупустынные закрепленные КХ № 2 8
N 47.40589 E 47.83744 Бурая полупустынная почва в комплексе с песками закрепленными КХ № 3 8
с. Рассвет, Наримановский р-он N 46.540944 E 47.925389 Пески полупустынные слабозакрепленные Т № 1 9
N 46.540972 E 47.925722 Пески полупустынные закрепленные Т № 2 8
N 46.540389 E 47.926722 Пески полупустынные закрепленные Т № 3 7
Для агрохимического обследования выбранных полигонов отбирались образцы со всего почвенного профиля. Для исследования фитотоксичности использовали пробы из почвенного слоя 0-5 см.
Биотестирование проводилось в лабораторных условиях. Серия работ авторов продемонстрировала более высокую чувствительность именно в лабораторных методах фитотестирования по сравнению с микроделяночными и вегетационными опытами [10].
Оценку токсичности почвенных образцов осуществляли с помощью тест-культуры - редиса (ЯарИстш sativus уаг. БаНуш). Прорастание семян проводили в чашах Петри в трехкратной повтор-ности. Общее количество высаженных семян - 25 шт. на 1 чашу. Длительность эксперимента -8 дней.
Затем определяли показатели прорастания семян (всхожесть, энергия, дружность и скорость прорастания) и показатели интенсивности начального роста семян (длина корней и зеленых побегов, масса корней и зеленых побегов) [11].
Результаты показателей прорастания семян представлены на рис. 2.
Установлено, что наибольшая всхожесть наблюдается в п. Барханы на участке № 2 - 64,0 %. Эта площадка относится к 8-й стадии пастбищной дигрессии (полусбой, большое количество несъедобных и колючих пастбищных сорняков Alhagi pseudalhagi). Наименьший показатель всхожести отмечается на участке № 2 с. Рассвет - 17,3 %, что может зависеть от очень низкого содержания гумуса (0,13 %) и большой плотности почвенного покрова (1,54 г/см3). Данный участок относится к 9-й стадии пастбищной дигрессии (сбой, растительный покров сильно изрежен и представлен джузгунно-песчанополынным сообществом).
Возрастающая степень пастбищной дигрессии не приводила к сильному снижению дружности и энергии прорастания семян.
Рассматривая зависимость дигрессии пастбищ и показателей прорастания семян на каждом полигоне, можно заметить, что тенденции к снижению всех показателей от степени дигрессии не отмечается. Наиболее яркий пример - участки на площадке Барханы, где наибольшие показатели прорастания семян на 9-й стадии дигрессии. На участке с 10-й стадией показатели значительно выше, чем на 7-8-й с других полигонов.
Показатели интенсивности начального роста (длина и масса зеленых побегов и корней) (рис. 3, 4) относительно показателей прорастания семян оказались чувствительнее к влиянию пастбищной дигрессии на почвенный покров.
В результате проведенных опытов можно проследить тенденцию по снижению длины и массы зеленых побегов и корней и их зависимость от стадии пастбищной дигрессии на полигонах Барханы и с. Рассвет.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
Рис. 2. Показатели прорастания семян на почвах Астраханской области, подверженных пастбищной дигрессии / Fig. 2. Indicators of seed germination on soils of the Astrakhan region exposed to pasture digression
Рис. 3. Длина побегов редиса после 8 сут выращивания / Fig. 3. The length of radish seedlings after 8 days of cultivation
Оценка фитотоксичности почв Астраханской области, подверженных различной стадии пастбищной дигрессии, показала, что увеличение степени пастбищной дигрессии почв не влияет на прорастание семян и интенсивность начального роста редиса. Исследованные показатели зависели от свойств почвы (содержание гумуса и подвижного фосфора, реакция почвенного раствора, плотность почвы и т.д.).
Рис. 4. Масса наземной части и корней побегов редиса / Fig. 4. The mass of the ground part and roots of radish seedlings
Выводы
Зависимость показателей прорастания и интенсивности начального роста редиса от стадий пастбищной дигрессии не выявлена. Фитотоксичность почв в модельном исследовании зависела от свойств почвы (содержание гумуса, подвижность фосфора, реакция почвенного раствора, плотность почвы). Ухудшение состояния естественной растительности на пастбищах, по-видимому, связано с чрезмерным выпасом скота, а не со свойствами почв.
Список источников
1. Горшкова А.А. Пастбища Забайкалья. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1973. 160 с.
2. Каримова Г.М., Аюпов Е.Е. Определение фитотоксичности почв города Уральска методом фитоте-стирования // Молодой ученый. 2019. № 24 (262). С. 64-65.
3. Власенко М.В. Изменения растительного покрова под влиянием выпаса сельскохозяйственных животных на пастбищных угодьях Астраханской области // Фундаментальные исследования. 2011. № 12-4. С. 757-759.
4. Коробова Л.Н., Жирнова Д.Ф. Оценка состояния и пути экологизации агроландшафтов: учеб. пособие. Красноярск: ЛИТЕРА-принт, 2016. 90 с.
5. Магомедов К.Г. Выпас сельскохозяйственных животных как экологический фактор // Изв. Кабардино-Балкарского гос. аграр. ун-та им. В.М. Кокова. 2015. № 4 (10). С. 14-18.
6. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Сельхозгиз, 1956. 472 с.
7. Раменский Л.Г. Введение в комплексное почвенно-геоботаническое исследование земель. М.: Сельхозгиз, 1938. 620 с.
8. Салина Ю.Б., Александров С.О., Шантасов А.М., Худякова Е.А., Белялов Р.М. Агрохимическая характеристика почв Астраханской области: справочник. Астрахань: Молния, 2020. 68 с.
9. Вальков В. Ф., Жаркова М.Г. Песчаные почвы Юга России // Науч. мысль Кавказа. 2008. № 3 (55). С. 48-52.
10. Попова Е.И. Определение фитотоксичности почв города Тобольска методом биотестирования // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 4. С. 135-139.
11. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов н/Д.: Южн. фед. ун-т, 2016. 356 с.
References
1. Gorshkova A.A. Pastures of Transbaikalia. Irkutsk: East-Siberian Publishing House; 1973. 160 p. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2024. No. 1
2. Karimova G. M., Ayupov E.E. Determination of phytotoxicity of soils of the city of Uralsk by phytotesting method. Molodoi uchenyi = Young Scientist. 2019;(24);64-65. (In Russ.).
3. Vlasenko M.V. Changes in vegetation cover under the influence of grazing of farm animals on pasture lands of the Astrakhan region. Fundamental'nye issledovaniya = Fundamental Research. 2011;(12-4):757-759. (In Russ.).
4. Korobova L.N., Zhirnova D.F. Assessment of the state and ways of ecologization of agricultural landscapes: textbook. Krasnoyarsk: LITERA-print Publ.; 2016. 90 p. (In Russ.).
5. Magomedov K. G. Grazing of farm animals as an ecological factor. Izv. Kabardino-Balkarskogo gos. agrar. un-ta im. V.M. Kokova = Izvestia of Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov. 2015;(4):14-18. (In Russ.).
6. Ramenskiy L.G., Tsatsenkin I.A., Chizhikov O.N., Antipin N.A. Ecological assessment of forage lands by vegetation cover. Moscow: Sel'khozgiz Publ.; 1956. 472 p. (In Russ.).
7. Ramenskiy L.G. Introduction to a comprehensive soil-geobotanical study of lands. Moscow: Sel'khozgiz Publ.; 1938. 620 p. (In Russ.).
8. Salina Yu.B., Alexandrov S.O., Shantasov A.M., Khudyakova E.A., Belyalov R.M. Agrochemical characteristics of soils of the Astrakhan region: handbook. Astrakhan: Molniya Publ.; 2020. 68 p. (In Russ.).
9. Val'kov V.F., Zharkova M.G. Sandy soils of the South of Russia. Nauch. mysl' Kavkaza = Scientific Thought of the Caucasus. 2008;(3):48-52. (In Russ.).
10. Popova E. I. Determination of phytotoxicity of soils of the city of Tobolsk by biotesting. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2016;(4):135-139. (In Russ.).
11. Kazeev K. Sh., Kolesnikov S.I., Akimenko Yu.V., Dadenko E.V. Methods of biodiagnostics of terrestrial ecosystems. Rostov-on-Don: Southern Federal University Press; 2016. 356 p. (In Russ.).
Информация об авторах
Е.А. Бурукина - ассистент, кафедра биотехнологии, аквакультуры, почвоведения и управления земельными ресурсами.
С.И. Колесников - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского.
Л.В. Яковлева - доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой биотехнологии, аквакультуры, почвоведения и управления земельными ресурсами.
Т.В. Минникова - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского.
Information about the authors
E.A. Burukina - Assistant at the Department of Biotechnology, Aquaculture, Soil Science and Land Management. S.I. Kolesnikov - Doctor of Science (Agriculture), Professor, Head of Department of Ecology and Nature Management, Academy of Biology and Biotechnologies.
L. V. Yakovleva - Doctor of Science (Biology), Associate Professor, Head of the Department of Biotechnology, Aquaculture, Soil Science and Land Management.
T. V. Minnikova - Candidate of Science (Biology), Leading Researcher, Academy of Biology and Biotechnologies.
Статья поступила в редакцию 10.07.2023; одобрена после рецензирования 24.08.2023; принята к публикации 19.02.2024. The article was submitted 10.07.2023; approved after reviewing 2408.2023; accepted for publication 19.02.2024.
