CC BY
372
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ В РЕСПУБЛИКЕ БАШКОРТОСТАН
Почва - национальное достояние.
Почва - фундамент биосферы земли, она выполняет важнейшие глобальные функции: производительную (создание биологической продукции) и экологическую (средообразую-щую - биоэкологическую, биогеохимическую, атмосферную, гидросферную и литосферную). Для формирования адекватного отношения к почве, соответствующего ее роли в функционировании биосферы, определения тактики рационального использования, защиты от разрушения и охраны необходимы глубокие знания законов ее жизни, происхождения, развития, свойств и функций. Все это особенно важно в настоящее время, когда назревает глобальный экологический кризис в биосфере, а почва является первоосновой биосферных процессов, катализатором обмена веществ и энергии. Состояние почвы, которое зависит во многом от отношения к ней человека, определяет благополучие экологической среды в конкретных ландшафтах и в целом биосферы, а также продовольственное обеспечение.
Почвенный покров на территории Башкирии имеет очень сложную структуру, обусловленную геоэкологическими условиями формирования почв, длительной историей освоения и использования почвенных ресурсов. Уникальность его заключается в том, что здесь четко проявляются открытые В.В. Докучаевым законы горизонтальной зональности распределения почв на равнинной территории Предуралья и Зауралья, а также вертикальной поясности - на Южном Урале, где распространен почти весь генетический спектр почв -от горно-тундровых до сухостепных черноземов и солонцов. В то же время эти почвы имеют свои региональные особенности.
Начало истории исследования почв Республики Башкортостан относится к 60 - 70-м годам XVIII столетия. Отрывочные сведения о почвах региона приводятся в географических описаниях П.И. Рычкова, П.С. Палласа, И.И. Лепехина и других географов, а также в
ХАЗИЕВ ФангатХаматович,
член-корреспондент АН РБ, главный научный сотрудник Института биологии УНЦ РАН
трудах классиков русского почвоведения В.В. Докучаева, П.А. Костычева, С.И. Коржин-ского, Н.М. Сибирцева и др. На территории Башкортостана в 191S-1920 гг работали почвенные экспедиции Московского и Докучаевско-го почвенных институтов (В.В. Геммерлинг, М.М. Филатов, С.С. Неуструев и др.), а в 19201930 гг. - экспедиции АН СССР (А.А. Григорьев, А.М. Порубиновский, М.И. Рожанец). Эти исследования носили в основном маршрутный описательный характер, составлялись и очаговые почвенные карты. Более углубленное изучение почвенного покрова было организовано Башкирским почвенно - ботаническим бюро, созданным в 1932 г. По ключевым объектам проводились детальные обследования почв, изучение особенностей генезиса, географии, морфологических и химических характеристик почв (Д.В. Богомолов, М.М. Туров-цев). В послевоенный период усилилась агрономическая направленность почвенных исследований - изучение агропроизводственных свойств, оценка и регулирование плодородия (Д.В. Богомолов, С.Н. Тайчинов).
Фундаментальные и многоплановые исследования почв республики были начаты в
1951 г. в Институте биологии (ИБ) после организации Башкирского филиала АН СССР. Организаторами исследований в разные годы были С.Н. Тайчинов (1951-1954; 1959-1960 ), Ш.А. Гайсин (1955-1956), Г.А. Скляров (19571958), М.Н. Бурангулова (1961-1972), Ф.Х. Ха-зиев (1977-2002), Ф.Ш. Гарифуллин (19711980), И.М. Габбасова (с 2003 г.). В этой статье рассматриваются основные результаты исследований по наиболее важным для региона проблемам, которые решались в этот период в Институте биологии: - лабораториями химии и физики почв, почвенной микробиологии, физики и эрозии почв, биохимии почв и почвоведения. Поскольку число публикаций достаточно велико (свыше 1000 работ, в т.ч. более 50 монографий), в список литературы к данной статье включены лишь наиболее важные. Результаты исследований приводятся не в хронологическом порядке, а обобщенно по проблемам.
I. Генезис, география
и агропроизводственные свойства почв Башкирии
Первые почвенные исследования в Институте были посвящены комплексному изучению агропроизводственных свойств почв районов Белебеевской возвышенности, Общего Сырта, Зауралья и междуречья Белой и Уфы. Выявлены местные особенности почв, исследованы их агропроизводственные, химические, физико-химические и биологические свойства. Подтверждены установленные Д.В. Богомоловым [1] региональные особенности генезиса почв, обусловившие их отличительные свойства: высокая гумусность, укороченный профиль, преимущественно тяжелый гранулометрический состав, карбонатность почвообра-зующих пород и близкое залегание карбонатного горизонта. С.Н. Тайчиновым [2] разработано агропочвенное районирование республики, включая агропроизводственную характеристику почв каждого района, ставшее основой зонально-адаптированных систем земледелия. Далее было проведено более детальное почвенно - экологическое районирование территории республики [3] с разделением ее на почвенно-географические провинции, округа и районы по однотипности почв и природно -климатических условий. Для каждого района разработано направление специализированного использования земель. Составлена клас-
сификация почв Башкортостана, приближенная к Российской классификации [4], которая была уточнена с учетом региональных особенностей почв республики [S],
Составлены новые почвенные карты в масштабе 1:600000 (197S, 1990, совместно с Институтом Волгогипрозем), лист по Башкортостану для Почвенной карты РФ в масштабе 1:2,S млн (1988) и для Атласа РБ в масштабе 1:1,5 млн (200S).
Комплексные исследования почв были организованы по каждому генетическому типу почв, представленному на территории республики.
Серые лесные почвы. Эти почвы занимают около 30 % территории республики и составляют 40 % пахотных угодий. На основании маршрутно-географических исследований, анализа агрофизических, физико-химических и биологических свойств уточнены районы распространения серых лесных почв, эко-лого-генетические особенности их формирования. Они доминируют в почвенном покрове лесостепной зоны, при этом подтипы, развитые в северной лесостепи, северо-восточной лесостепи, на Белебеевской возвышенности и островками - в южной лесостепи, различаются по содержанию гумуса, мощности гумусового горизонта и кислотности. Среди серых лесных почв выделены коричневые серые лесные подтипы, сформированные на пест-роцветных пермских отложениях [6]. В соответствии с агрохимическими свойствами и по результатам полевых опытов установлено, что для повышения плодородия этих почв необходимы внесение органических и минеральных удобрений, а также известкование. Результаты исследований обобщены в монографиях [5,7,8].
Черноземы. Эти почвы занимают около 32% территории республики, составляют 55 % площади сельскохозяйственных угодий (около 60 % площади пашни). На черноземах, занимающих 7 % территории России, производится около двух третей сельскохозяйственной продукции, что свидетельствует об огромном экономическом и экологическом потенциале республики. В связи с этим в исследованиях лаборатории почвоведения черноземам уделялось особое внимание. По широкой программе изучались генезис и эволюция этих почв при сельскохозяйственном использовании, химический состав, агрохимические, вод-
но-физические, биохимические свойства, формы питательных элементов, их динамика под влиянием различных факторов. Проводились сравнительные исследования на целинных и пахотных почвах по генетическим горизонтам. По их результатам уточнены генетические особенности черноземов, отличающие их от аналогичных почв других регионов, ландшафтно-географические особенности их распространения; установлена устойчивость органо -минеральных комплексов этих почв, выявлено недостаточное содержание подвижных форм органических и минеральных соединений, что обусловлено также снижением биологической активности этих почв.
Черноземы характеризуются высоким содержанием гумуса (до 10-12 %) при небольшой мощности гумусового горизонта. Они богаты азотом, фосфором, калием и микроэлементами, обладают удовлетворительными физико-химическими и водно-физическими свойствами. Потенциальное плодородие у них высокое.
Черноземы оподзоленные распространены в северной и северо-восточной лесостепной зонах, выщелоченные - преимущественно в южной лесостепной зоне и в северной части Зауральской равнины, типичные - в Преду-ральской степной зоне и в степной части Зауралья, южные и обыкновенные - в Зауралье. По комплексу свойств черноземы охарактеризованы в монографиях [5,9,10].
Горные почвы. Почти третью часть территории Башкортостана занимает ЮжноУральская горно-лесная зона. Почвенный покров этого региона ранними исследованиями практически оказался не охваченным. В 1970-е годы были организованы комплексные экспедиции по изучению горных почв. Первоначально были исследованы горные черноземные почвы, которые сформированы в межгорных долинах под луговой растительностью в южной части горно-лесной зоны. Они имеют высокое содержание гумуса и различную мощность гумусового горизонта и другие отличительные особенности от равнинных аналогов [11]. В дальнейшем исследованиями была охвачена вся территория горно-лесной зоны, проведено ее почвенно-географическое и производственно-типологическое районирование. Выявлены закономерности распространения отдельных типов и подтипов почв в северной и южной частях зоны в соответствии
с вертикальной поясностью распределения почвенного покрова от горно-тундровых до зональных степных, уточнена классификация горных почв. Впервые на Южном Урале выделены и описаны горные бурые лесные почвы. Изучены также водно-физические свойства, химический состав, биологическая активность и формы соединений азота, фосфора, состав гумуса. Установлено влияние рельефа, состава почвообразующих пород, растительного покрова на генезис и плодородие горных почв. Обосновано положение о прогрессивном развитии горного почвообразования во взаимосвязи с лесной растительностью [5,12,13].
Аллювиальные почвы. Речные поймы с аллювиальными почвами занимают более 850 тыс. га, что составляет 6% территории республики. Пойменные земли связаны с кормовыми угодьями и представлены сложной структурой почвенного покрова. Были проведены маршрутные исследования по основным речным поймам. Установлено, что в поймах рек доминируют дерново-луговой и луговой процессы почвообразования, в притеррасной части пойм широко распространены болотные процессы. Соответственно, в прирусловой и центральной поймах рек распространены аллювиальные лугово-слоистые, лугово-зернис-тые, дерново-луговые почвы, в притеррасной пойме - аллювиальные лугово-болотные, тор-фяно-болотные и другие гидроморфные почвы. Разные аллювиальные почвы существенно различаются по структурно-физическим свойствам, химическому составу и по другим параметрам в зависимости от локализации в пойменных ландшафтах. Несмотря на то, что аллювиальные почвы в целом интразональ-ные, наблюдается наложение на их генезис и свойств зональных биоклиматических факторов. В поймах рек в лесостепной зоне аллювиальные почвы более гидроморфны, много почв лугово-болотного типа, в то время как в поймах степных зон Предуралья и Зауралья появляются солонцевато-солончаковые разновидности. Итоги изучения аллювиальных почв подытожены в монографическом сборнике [14].
Лесные почвы. Около 40 % территории республики покрыто лесами.
Лесами заняты очень разнообразные по геоморфологии ландшафты: равнинные, склоновые, горные и т.д. Поэтому и почвенный покров лесных экосистем очень разнообразный.
Исследования лесных почв были выполнены А.Х. Мукатановым Им установлены особенности почвообразования в лесных экосистемах, взаимодействие в историческом аспекте лесов и почв на Южном Урале, проведено почвенно-лесорастительное районирование территории РБ с выделением семи по-чвенно-лесорастительных провинций. В пределах каждой почвенно-лесорастительной провинции дана характеристика морфологических особенностей, физико-химических свойств, химического состава органического вещества и минеральной части почв. Большое внимание уделялось вопросам эволюции почв лесных экосистем в современных условиях, связанных с промышленными загрязнениями, приводящими к их деградации и уничтожению лесов.
Почвы Зауралья. Генетически однотипные почвы Зауралья имеют отличительные черты от аналогичных почв Предуралья, обусловленные различиями условий почвообразования: особенности почвообразующих пород, преимущественно карбонатных и засоленных, засушливость климата, преобладание в фито-ценозах степных видов и т.д. Эколого-генети-ческие особенности, свойства, химические составы почв Зауралья подробно описаны в работах [10, 16].
В почвенном покрове Зауралья преобладают черноземы. В северной части зоны и в полосе расчлененных предгорий (Баймакский район) распространены также небольшие массивы серых лесных почв. Наряду с выщелоченными и типичными, здесь распространены не характерные для Предуральской степи черноземы обыкновенные и южные, среди которых выделяются типичные, карбонатные и солончаково-солнцеватые разновидности. Особенностью черноземов Зауралья является скопление в почвенном профиле карбонатов мучнистой формы. Встречаются также остаточнокарбонатные. Другая особенность черноземов - их потековато-языковатый профиль, что определяется засушливостью климата и тяжелым механическим составом почв и пород.
Наряду с изучением эколого-генетических особенностей почв, осуществлен агроэколо-гический анализ состояния и системы использования черноземов на градиенте север-юг, обоснованы экологически ориентированные технологии управления их плодородием. Уста-
новлено, что характерным для региона является деградационный тренд динамики свойств почв и широкое распространение пастбищной дигрессии. Разработаны системы восстановления деградированных черноземов [16, 17].
2. Почвенно-экологические исследования
Агрофизические свойства почв. Показано, что при сельскохозяйственном использовании ухудшаются гидрофизические и структурно-агрегатные характеристики почв в сравнении с целинными. Нечерноземные почвы (дерново-подзолистые, серые лесные) имеют относительно неблагоприятные агрофизические свойства, чем черноземы, - распыленную структуру, высокую глыбистость, низкую во-допрочность структурных отдельностей; быстро уплотняются после вспашки и образуют почвенную корку, в них преобладают капиллярные поры, они имеют высокую плотность сложения, неудовлетворительную водопроницаемость и влагоемкость. Неблагоприятные агрофизические свойства обусловливают и неудовлетворительные водный и пищевой режимы в этих почвах. Установлено, что окультуривание этих почв внесением органических и минеральных удобрений, возделыванием в севооборотах бобовых трав, организацией правильной системы обработки является основой агротехнологии по оптимизации агрофизических свойств нечерноземных почв.
Черноземные почвы характеризуются относительно лучшими агрофизическими свойствами - высоким содержанием водопрочных микроагрегатов, благоприятным сочетанием структурных отдельностей, вследствие этого лучшим водно-воздушным режимом в них. По результатам полевых экспериментов установлено, что важнейшим агротехническим приемом окультуривания, улучшения агрофизических свойств черноземов является система обработки почвы, включающая звенья глубокой основной обработки при внесении удобрений и минимальной (поверхностной).
Изучены содержание, минералогический и химический составы илистых и коллоидных фракций минеральной части почв, их роль в формировании физико-химических, физических свойств и закреплении органического вещества в почве. Установлены оптимальные значения влажности (60-80%) от ПВ и плотно-
сти (I —1,2 г/см3) для биохимических и микробиологических процессов [17].
Азотный фонд почв. Исследован азотный фонд зонального ряда равнинных, горных и пойменных почв. Определены содержание, состав азотистых соединений, подвижность и роль их в азотном режиме почвы. Запасы и состав соединений азота в почвах зависят от их генетических особенностей. Запасы общего азота в черноземах коррелируют с содержанием гумуса (20—2S т/га в слое 0—50 см). Азотный фонд почв состоит в основном из не-гидролизуемых соединений, что указывает на относительную стабильность преобладающих форм соединений азота. На долю органических соединений приходится 90—97% валового азота. В составе азоторганических соединений почв выделены аминокислотные, амино-сахарные и амидные соединения, связанные с почвенным гумусом. Незначительную долю составляют свободные аминокислоты. Минеральные соединения азота составляют лишь небольшую часть (около 1%) общего азота и представлены нитратными и аммонийными формами, доминирует необменно фиксированный аммоний. Азотный режим в почве формируется за счет трансформации ресурсов почвенного азота в подвижные формы, что связано с активностью биохимических процессов, в частности, ферментов протеазы. Для диагностики потенциала азотного режима в почве разработана система показателей азотного состояния почв, включающая как статистические, так и динамические параметры компонентов азотного фонда.
Установлено, что сельскохозяйственное использование почв в целом приводит к разрушению стационарного состояния почвенно-биохимических процессов круговорота азота. В результате цикл азота становится более открытым, динамическое равновесие потоков азота сдвигается в сторону отчуждения их от агробиоценоза, в результате чего в почвах формируются отрицательные балансы азота. Существенный вклад в нарушение естественного биогеохимического цикла азота вносят эрозионные процессы. В процесе эрозии снижаются запасы азота, активность ферментов, участвующих в процессах трансформации соединений азота.
Выявлены биохимические механизмы повышения подвижности азотистых соеинений почвы под влиянием азотсодержащих мине-
ральных удобрений и бобовых сидератов. При прогнозировании эффективности азотных удобрений необходимо учитывать неттомине-рализацию азоторганических соединений почвы путем определения количества потенциально минерализуемого азота. Для этого разработан метод [18].
Гумусное состояние почв. Изучены особенности гумусообразования и динамики содержания и состава гумуса в почвах Южного Урала и Приуралья. Даны характеристика неспецифических и специфических компонентов органического вещества и оценка гумусного состояния пахотных почв по природным зонам республики. Содержание, запасы и состав гумуса определяются генетическими особенностями почв. Общими для гумусного состояния почв региона являются высокое содержание гумуса, резкое снижение его книзу почвенного профиля и сосредоточение до 70-80% гумуса в слое 0-30 см - в нечерноземных почвах и 0-50 см - в черноземах, а также высокая степень гумификации и слабая подвижность гумусовых соединений. Содержание и общие запасы гумуса возрастают в ряду типов почв: дерново-подзолистых, дерново-карбонатных, серых лесных, черноземах. Наиболее высокое содержание гумуса в оподзоленных и выщелоченных черноземах (8-10% в пахотных горизонтах, в целинных - до 11-12%). В широких пределах колеблется гумусность аллювиальных и горных почв [13,14]. По ИК-спектрам охарактеризован состав функциональных групп гумуса, выделено около 15 видов, среди которых преобладают карбоксильные, фенолгидроксиль-ные и аминогруппы. Гуминовые кислоты черноземов более окислены и содержат больше ароматических компонентов по сравнению с гуминовыми кислотами серых лесных почв, в то же время гумус этих почв имеет сходный тип строения и однотипный элементный состав (П.А. Курчеев).
Преобладающая часть гумуса в черноземах связана с илистой фракцией, в серых лесных почвах - с коллоидной. Гумусное состояние определяет уровень ферментативной активности почв. Из почв выделены гумус-перокси-дазные и гумус-амилазные комплексы, изучены их активность, кинетические и термодинамические свойства.
В комплексе неспецифических соединений почвенного органического вещества изучены содержание, запасы, состав и распределение
по гумусовым фракциям органических соединений азота, фосфора и углеводов. Установлено, что обогащенность гумуса почв региона азотом высокая, преобладающая часть органического азота в почве представлена аминокислотами, гексозоаминами в форме трудно-гидролизуемых соединений.
Содержание фосфорорганических соединений в почвах коррелирует с содержанием гумуса, более насыщен фосфором гумус степных почв. Характерной для почв региона является локализация органического фосфора (60-70%) во фракциях, связанных с фульво-кислотами и подвижными гуминовыми кислотами. В органическом веществе почв углеводы составляют ^-20%, причем гумус нечерноземных почв более насыщен углеводами, чем гумус черноземов.
Изучено влияние удобрений и культур севооборота на накопление органического вещества (корневых остатков и гумуса) в черноземах. В плодосменном севообороте с горохом в почве больше накапливается гумуса и растительных остатков (С.С. Ильин). Процессы трансформации растительных остатков идут преимущественно по пути обновления фуль-вокислот почв, а гуминовые кислоты отличаются большей устойчивостью. Скорость обновления гумуса в серых лесных почвах в 1,4 раза выше, чем в черноземах. Сельскохозяйственное использование почвы нарушает естественный ход процессов гумусообразова-ния. Общие потери гумуса составляют 1,2-
т/га в год, в т.ч. до 1 т/га за счет эрозии. Во всех зонах сложился отрицательный баланс гумуса в почвах (около 0,7 т/га в год в среднем). Составлена карта содержания общего гумуса, запасов в почвах и его потери [19,20,21]. Определены оптимальные дозы минеральных и органических удобрений, необходимых для компенсированного баланса гумуса в почвах.
Фосфатный фонд почв. Общее содержание фосфора в почвах, состав его соединений и подвижность связаны с генетическими свойствами почв, геохимическими особенностями почвообразующих пород. Количество общего фосфора растет от нечерноземных почв к черноземам. Распределение фосфора в профиле почвы отражает зональную специфику почвообразования, происходит его биологическое накопление в гумусовом горизонте. Состав фонда общего фосфора состоит из
органических соединений (40^0 % в нечерноземных почвах, до 80% - в черноземах) и минеральных фосфатов. Проведено детальное изучение их состава. Предложены усовершенствованные методики определения валового фосфора и фракционирования фосфорорганических соединений (М.Н. Бурангулова) в почве. Последняя методика позволила в составе органического фосфора в почве определить фосфор нуклеиновых кислот, фос-фопротеидов, фосфолипидов, глюкозо-фос-фатов и фитина. Эти соединения представляют собой фосфорорганические остатки микроорганизмов и корней растений, связанные с почвенным гумусом, и являются ближайшими источниками подвижного фосфора после их минерализации. Для определения активности ферментов, участвующих в трансформации фосфорорганических соединений в почве, разработаны оригинальные методики (Ф.Х. Хази-ев) и выявлены факторы, повышающие активность этих ферментов. Установлена положительная корреляция между содержанием подвижного фосфора и активностью фосфатаз в почве.
В структуре фонда минеральных фосфатов содержание отдельных его фракций обусловлено генетической принадлежностью почвы и наличием карбонатности. В почвах лесостепной зоны преобладают фосфаты, связанные с окислами железа и алюминия, в почвах степной зоны - связанные с кальцием. Активные фосфаты составляют незначительную часть фосфатного фонда почв, уровень их подвижности низкий, поэтому основные почвы республики характеризуются низкой степенью обеспеченности подвижным фосфором, в пахотных почвах и стабильным отрицательным балансом фосфора. Составлены картограммы содержания валового и подвижного фосфора в почвах республики, установлены районы, в первую очередь, нуждающиеся в применении фосфорных удобрений. По результатам различных полевых опытов показано, что регулирование режима подвижного фосфора в почве должно быть направлено на повышение степени подвижности почвенного фонда фосфора и эффективное использование фосфорных удобрений [22].
Микроэлементы. Микроэлементный состав почв республики характеризуется исключительной пестротой как по уровню содержания, так и по составу, что связано с
разнообразием почвообразующих пород и механического состава. В основных типах почв определено содержание и распределение в пространстве и профиле почв валовых и подвижных форм В, Мо, Со, Си, гп, Мп, ], исследована их зависимость от свойств почв - рН, содержания гумуса и карбонатов, т.к. последние определяют подвижность микроэлементов в почве. Распределение микроэлементов в почвенном профиле зависит от почвообразующей породы и интенсивности биологической аккумуляции. При проявлении процессов выщелачивания, особенно в нечерноземных почвах, микроэлементы аккумулируются и в аллювиальном горизонте почвы. Почва преобладающей части территории республики слабо обеспечена подвижными формами микроэлементов. Составлены картограммы содержания усвояемых форм микроэлементов в почвах на всю территорию республики, которые являются основой для рационального применения микроудобрений в растениеводстве. На полевых опытах показана перспективность применения микроудобрений на посевах сельскохозяйственных культур [23].
Ферментативная активность почв. Лаборатория почвоведения Института биологии была одним из центров формирования нового направления в почвоведении - почвенной энзимологии. Впервые исследована ферментативная активность почв республики. Разработаны новые методы определения активности большой группы ферментов, впервые в стране изданы методические руководства [24]. Ф.Х. Хазиевым сформулирована системно-экологическая концепция формирования и функционирования ферментативной активности, которая принята в качестве теоретической основы почвенной энзимологии [25].
Почвы республики по ферментативной активности различаются, наиболее высокая активность у черноземов. По ферментативной активности охарактеризованы все эколого-ге-нетические типы и разновидности почв, распространенных в республике: равнинные, горные, аллювиальные, техногеннонарушенные; выявлены характерные особенности, в частности, по уреазной и инвертазной активности черноземы не имеют существенных различий; окислительно -восстановительные процессы более выражены в выщелоченных черноземах. Активность ферментов, участвующих в
фосфорном метаболизме, проявляется по-разному: активность нуклеаз, фосфатаз и гице-рофосфатаз увеличивается от выщелоченных черноземов к карбонатным, а активность фи-таз - снижается.
Установлены эколого-генетические связи ферментативной активности с основными физическими, физико- химическими и химическими свойствами почв, климатическими факторами, зонально-географическими и агро-экологическими условиями; выявлены изменения ферментативной активности почв и сопряженных с нею почвенных процессов при эрозии, под влиянием техногенных факторов; определены кинетические и термодинамические параметры ферментативных процессов в почвах.
Выявлена количественная зависимость между активностью гидролитических ферментов и содержанием неспецифических компонентов органического вещества в почве, показавшая непосредственную роль этих соединений в индуцированном регулировании ферментативной активности почвы. Выявлены региональные особенности почв Приуралья -пониженная активность гидролитических ферментов и слабая подвижность почвенного органического вещества. Показатели активности ферментов, особенно протеазы и инвертазы, адекватно отражают эффективность агротехнических приемов, плодородие и степень эро-дированности и техногенной деградированно-сти почвы. В связи с этим активность этих ферментов рекомендуется использовать в почвенном мониторинге [23].
Определена концентрация витаминов группы В в преобладающих почвах, установлена зависимость между численностью микрофлоры в почвах и содержанием в них витаминов и свободных аминокислот в условиях оптимального минерального питания. Выявлены активаторы биохимических процессов в черноземах - микроэлементы Мп, Мо, гп, аммиачные и амидные азотные удобрения.
Эрозия почв. На территории республики активно развиты процессы эрозии почв -водного смыва и выдувания ветром. Эродировано более 50% площади пахотных земель. В целях установления особенностей развития эрозии, выявления региональных и локальных причин ее, определения масштабов распространения, прогнозирования изменений почв под влиянием эрозии и раз-
работки мер по защите почв от эрозии проведены широкоплановые исследования этого почворазрушающего процесса. По результатам полевых наблюдений и с учетом геоморфологического строения территории проведено почвенно-эрозионное районирование республики с выделением пяти районов по интенсивности проявления водной и ветровой эрозии. Изучены агрофизические, физико-химические, агрохимические свойства, содержание и состав гумуса, азот- и фосфорсодержащих соединений, ферментативная и микробиологическая активность у разной степени эродированных почв в сопоставлении с неэродированными во всех эро-зионноопасных районах.
Установлено, что по мере увеличения степени эродированности происходит ухудшение физических свойств почв: повышается плотность почвы, снижается аэрационная пористость, фильтрационная способность и влаго-емкость. В эродированной почве ослабевает взаимодействие ее органических и минеральных компонентов вследствие декомпозиции активного (гумусового) субстрата и дегумифи-кации илистой фракции. Средние потери мелкозема составляют 9,6 т/га. Сокращается гумусовый профиль почвы, теряется гумус. Гу-миновые кислоты черноземов при эрозии в большей степени подвержены деструкции, чем серых лесных почв. В эродированных почвах замедляются процессы аммонификации и нитрификации, снижается содержание легкогид-ролизуемых фракций гумуса и азота, уменьшаются численность микроорганизмов и ферментативная активность. На опытах установлено, что почвозащитные приемы обработки с внесением удобрений на севооборотах с многолетними травами способствуют уменьшению выдувания, стока и смыва почвы, улучшению водно-физических свойств и пищевого режима, биологической активности и в конечном итоге - повышению ее плодородия.
Для каждого эрозионного района разработаны противоэрозионные технологии. Совместно с Башкирским филиалом Волгогипрозе-ма составлена «Генеральная схема противо-эрозионных мероприятий в Башкирской АССР», которая к сожалению, не реализуется, а эрозия почв продолжает развиваться. Результаты исследований подытожены в специальных монографиях ^,26,27].
3. Мелиорация почв
Осушение гидроморфных почв. В 19701980-е годы в стране, в т.ч. и в Башкирии, проводились широкомасштабные работы по мелиорации земель. За эти годы в республике было осушено более 30 тыс. га заболоченных массивов. Преимущественно они расположены в поймах Белой, Урала и их притоков и играют огромную роль в поддержании гидрологического режима рек и окружающих ландшафтов, являются водоочистительными резервуарами и регуляторами микроклимата, поэтому к осушению пойменных болот, особенно притеррасных и шлейфовых болот, необходимо подходить с учетом их экологической роли.
С целью комплексной оценки экологической и производственной эффективности осушительной мелиорации сотрудниками лаборатории почвоведения в течение нескольких лет было исследовано состояние осушенных массивов, исследовались также особенности изменений свойств почвенного покрова и биологической продуктивности кормовых угодий. Полученные данные показали, что в гидроморфных почвах после осушения происходят глубокие изменения. Было выявлено, что не во всех случаях от осушения достигнут ожидаемый эффект в результате как недостаточно обоснованного осушения, так и отсутствия соответствующего ухода за мелиоративной сетью. Поля часто были вторично заболочены, переосушенные массивы засолены, особенно в степной зоне, что превращало их в бросовые земли. В почвах нарушены окислительно-восстановительные и гидротермические режимы. В тех случаях, когда осушительные мероприятия выполнены правильно, дренажные системы регулярно поддерживаются, болотные массивы после осушения превращены в высокопродуктивные кормовые угодья, без существенного нарушения окружающей среды. По результатам натурных исследований и лабораторно-аналитических работ разработаны предложения о нецелесообразности осушения гидроморфных пойменных земель [14,28].
Орошение. Площади орошаемых земель в республике составляют около 6S тыс. га, они расположены на черноземах под овощными культурами и многолетними травами. Эффективность орошения зависит от качества поливной воды, свойств почв и технологии орошения. Изучена динамика свойств
черноземов и лугово-черноземных почв в условиях разной длительности орошения при различных севооборотах. Наблюдалось ухудшение свойств почв при длительном (30 лет) орошении методом дождевания в овощных севооборотах: ухудшился структурный состав, снизилась доля водопрочных агрегатов, произошло уплотнение почвы. Отрицательные изменения произошли в физико-химических свойствах: снизилось содержание гумуса, азота, в почвенном профиле появились легкорастворимые соли. При кратковременном орошении (5 лет) и на посевах многолетних трав отрицательные изменения в свойствах почв не отмечены. Сравнение изменений свойств почв при орошении в гумид-ных условиях Предуралья, аридных условиях Зауралья и степного Предуралья показало, что деградационные процессы в почвах происходят более интенсивно в аридных условиях, что выражается, в первую очередь, в сильном засолении почв, ухудшении агрофизических свойств. В условиях Зауралья более эффективно лиманное орошение [16,17].
Фитомелиорация. Изучены возможности восстановления плодородия деградированных почв средствами фитомелиорации, в частности, в ходе восстановительных сукцессий растительности на кормовых угодьях в Зауралье [16] и при возделывании на загрязненных нефтью и нефтепромысловыми водами почвах различных травянистых растений [29]. На обыкновенных черноземах установлено обогащение почвы органическим веществом под кормосмесями из однолетних трав, в севооборотах с многолетними травами, по фону си-дератов и при внесении в почву соломы, что способствует улучшению агрофизических свойств, гумусного состояния и, в целом, восстановлению плодородия деградированных почв. При восстановительных сукцессиях растительности на деградированных почвах на залежи, в посевах многолетних трав и искусственно создаваемых в агростепях происходит постепенное обогащение фитоценоза коренными видами, рост поступления биомассы, и почва по содержанию гумуса и структурно-физическим свойствам приближается к целинным, восстанавливается плодородие [16]. При рекультивации нефтезагрязненных почв эффективным оказалось стимулирование активности аборигенных нефтеразлагаю-
щих микроорганизмов внесением в почву зеленой массы гороха и возделыванием его в качестве сидерата [29].
4. Техногенная деградация почв
На территории республики основными техногенными факторами, влияющими на почвенный покров, являются нефтедобывающая индустрия и горнодобывающая промышленность. В процессе функционирования предприятий этих отраслей экономики на значительных площадях происходят механическое нарушение целостности почвенного покрова и загрязнение почв.
Нефтезагрязненные почвы. Загрязнение почв нефтью происходит в результате технологических и аварийных разливов. Проведено комплексное исследование по оценке экологической ситуации в природных ландшафтах и выявлению динамики свойств почв под влиянием загрязнения нефтью и нефтепродуктами на территориях основных месторождений РБ.
Диагностика состояния нефтезагрязнен-ных территорий позволила отнести их к катастрофическим и критическим зонам экологической напряженности, идентифицировать текущее и остаточное загрязнение. Установлено, что попадание в почву нефти и нефтепродуктов вызывает отрицательное изменение всех свойств и режимов, определяющих ее плодородие. В почвах происходит ухудшение агрофизических свойств, нарушаются водно-воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный и питательный режимы, особенно азотный и фосфорный, подавляется биологическая активность почвы. При этом происходит стимулирование деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов. Отмечено также положительное действие на почвы малых концентраций нефти.
Самоочищение почв от нефтяных загрязнений происходит очень долго, особенно при высоких концентрациях нефти (>10%). Разработаны методы ускорения биодеструкции нефти и нефтепродуктов в почве посредством применения биопрепаратов, структурообразо-вателей и стимуляторов. Предложена технология поэтапной рекультивации нефтезагряз-ненных почв с доведением количественных параметров содержания нефтепродуктов до предельно допустимой концентрации (ПДК) [29,30].
Зазрязнение почв нефтпромысловыми водами (НСВ). В нефтепромысловых растворах содержится высокая концентрация солей с преобладанием ЫаС1. Обладая высокой геохимической активностью и токсичностью, НСВ при попадании в почву вызывают глубокую трансформацию всех ее свойств. Установлено, что техногенно-спровоцированное засоление и осолонцевание серых лесных почв и черноземов типичных, сформированных в лесостепной и степной зонах Предуралья, привело к формированию не существующих в этих условиях почв, сходных по комплексу свойств с естественными солончаками и солонцами. В результате замещения в почвенном поглощающем комплексе (ППК) кальция натрием в первую очередь ухудшаются агрофизические свойства, гидрофизические характеристики, гумусное состояние, подавляется биологическая активность почвы.
Загрязнение почв НСВ приводит также к накоплению токсичных элементов, значительно превышающих по концентрации ПДК и фоновые значения - С^ Аэ, гп, Мо, Си, Со и др.
В гумидных условиях со временем происходит естественное рассоление почв, но существенное рассолонцевание отмечается
только при наличии карбонатов и гипса в профиле почв и почвообразующих породах. Разработана технология рекультивации техногенных солонцов, которая предусматривает внесение эквавалентных доз гипса, большого количества органических удобрений (навоза, сапропеля) и проведение фитомелиорации. Рекультивация серых лесных почв возможна только с использованием кальцийсодержащих мелиорантов и высоких доз органических удобрений. При рекультивации почв черноземного ряда, насыщенных основаниями и (или) имеющих свободные карбонаты в своем профиле, замещение натрия из ППК имеющимся в почве кальцием активизируется путем внесения природных агроруд (сапропеля, цеолита) и проведения фитомелиорации.
Исследованы также особенности миграции нефти и НСВ по элементам ландшафтов и в пределах почвенного профиля [29].
S. Плодородие почв
Конечной целью исследований всех направлений, расмотренных выше, наряду с получением информации по конкретной проблеме, является достижение оптимального пло-
На полевых исследованиях почв. Уфимский район. 2004 г. Вестник Академии наук РБ. 2011. Том 16, № 2
дородного потенциала почвы. В течение многих лет проводились полевые стационарные опыты на серых лесных почвах и черноземах по изучению эффективности различных агро-технологий в повышении плодородия почв, по их результатам разрабатывались соответствующие практические рекомендации [30,31].
На основе оценки плодородного потенциала пахотных почв определены оптимальные параметры плодородия серых лесных почв и черноземов, включающие агрофизические, физико-химические свойства, гумусное состояние, содержание основных питательных элементов, которые являются базовыми нормативами почвенного плодородия [32].
В связи с задачей реализации Продовольственной программы страны в 1980-е годы в республике усилились разработка и внедрение интенсивных систем земледелия, направленных на получение программированных урожаев. Однако интенсивные технологии не вышли за рамки опытов и не нашли широкомасштабного внедрения в хозяйствах - не соблюдались технологии обработки почвы, нарушались севообороты, в почвы не вносились удобрения в количествах, достаточных для компенсации потерь гумуса и элементов питания из почвы в результате выноса высокими урожаями. Анализ динамики свойств почв показал, что в пахотных почвах республики установился дегра-дационный тренд их изменения - ухудшение агрофизических свойств, отрицательные балансы гумуса и питательных элементов, под-кисление и техногенные загрязнения почв [32,33]. С целью предотвращения дальнейшей деградации почв была разработана «Комплексная программа повышения плодородия почв» [34]. Хотя было принято специальное постановление Правительства республики, программа осталась нереализованной.
В последующем, основываясь на требования агроэкологического императива (Б.М. Мир-кин), были определены экологические нормативы антропогенных нагрузок на агроэкосис-темы как основа управления плодородием почв [11,32]. Разработана также агроэкологи-ческая концепция регулирования плодородия почв, направленная на оптимизацию функционирования агроэкосистемы, что достигается оптимизацией ее структуры, биогеохимических циклов, гидрологических режимов и биоразнообразия в агроэкосистемах [30].
Разработан способ получения органо -минерального удобрения из озерной сплавины путем компостирования с природным фосфоритом и грибным изолятом и установлена высокая эффективность на южных солонцеватых черноземах.
6. Почва и биоразнообразие
В большинстве работ по сохранению биологического разнообразия в наземных экосистемах проблема обычно рассматривается вне связи с главной средой обитания организмов - почвой, что является методологически не оправданным. Разработана концепция, согласно которой в наземных экосистемах функционирует в пространственно - временном единстве система «разнообразие почв о биоразнобразие». Оно проявляется на различных иерархических уровнях структурно-функциональной организации наземных экосистем: сукцессионно-эволюционном, зонально-географическом, ландшафтном, биогеоце-нотическом, почвенно-типовом, горизонтно-ярусном, геохимическом, элементарном почвенном процессе и на уровне плодородия почв. Анализируются аргументы, подтверждающие функциональную взаимосвязь биологических организмов и почв. Сохранение биоразнообразия может быть эффективно осуществлено на основе экосистемного подхода, предусматривающего одновременное сохранение и разнообразия почв [36].
Заключение
По разнообразию тематики исследований, решаемых научных и практических проблем работы почвоведов республики всегда были связаны с задачами времени. В настоящее время о почвах Башкирии имеется фундаментальная информация по эколого-генетическим характеристикам, антропогенной динамике свойств, технологиям регулирования плодородия, защиты от деградации. На ближайшую перспективу необходимы инновационные технологии воспроизводства плодородия, агро-экологических функций почв, защиты от деградации, соответствующие условиям современных изменяющихся земельных отношений, и организация почвенно-экологического мониторинга. Важны исследования экологических функций почвенного покрова региона Южного Урала, являющегося узловым местом, где сты-
куются горные, равнинные, лесные, степные ландшафты с разнообразными биоклиматическими, геоморфологическими и почвенными условиями.
Результаты почвенных исследований всегда востребованы научно-производственной общественностью. Работа почвоведов в числе первых была удостоена Государственной премии РБ в области науки и техники (Ф.Х. Хазиев, А.Х. Мукатанов, И.К. Хабиров, 2001). На почвенных исследованиях выросло много научных кадров 9 докторов и 41 кандидат наук.
Литература
1. Богомолов Д.В. Почвы Башкирской АССР. -М.: Изд. АН СССР, 19S4.
2. Тайчинов С.Н. Агропочвенное районирование Башкирии // Материалы по изучению почв Башкирской АССР. Вып. 1. I960. - С. 4-22.
3. МукатановА.Х. Вопросы эволюции и районирования почвенного покрова Республики Башкортостан. - Уфа: Гилем, 1999.
4. Тайчинов С.Н., Бульчук П.Я. Классификация почвенного покрова Башкирской АССР // Почвы Башкирии. Т. 1 / Ред. В.К. Гирфанов. - Уфа, 1973. -С. 63-71.
5. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х. и др. Почвы Башкортостана. Т. 1. - Уфа: Гилем, 199S.
6. Тайчинов С.Н., Бурангулова М.Н., Бахтизин Н.Р. Серые коричнево - цветные лесные почвы // Почвы Башкирии. Т. 1. - Уфа, 1973. - С. 188-202.
7. Серые лесные почвы / Ред. С.Н. Тайчинов. -Уфа, 1963.
8. Скляров Г.А. Лесостепные почвы Башкирской АССР. - М.: Наука,1964.
9. Бурангулова М.Н., Гарифуллин Ф.Ш. И др. Черноземы Башкирии. - Уфа: Башкнигоиздат. 1969.
10. Почвы Башкирии. Т. 1. - Уфа, 1973.
11. Бурангулова М.Н., Мукатанов А.Х. Черноземы горных районов Башкирской АССР. - М.: Наука, 1970.
12. Хазиев Ф.Х. Почвы Республики Башкортостан и регулирование их плодородия. - Уфа: Гилем, 2007.
13. Мукатанов А.Х. Горно-лесные почвы Башкирской АССР. - М.: Наука, 1982.
14. Почвообразовательные процессы в осушенных и пойменных землях Башкирии / Ред. Ф.Ш. Гарифуллин. - Уфа, 1988.
15. Мукатанов А.Х. Лесные почвы Башкортостана. - Уфа: Гилем, 2002.
16. СуюндуковЯ.Т. Экология пахотных почв Зауралья РБ. - Уфа: Гилем, 2001.
17. Мукатанов А.Х., Харисов М.К. Введение в экологию землепользования Башкирского Зауралья. - Уфа: Китап, 1996.
18. Хабиров И.К. Экология и биохимия азота в почвах Предуралья. - Уфа, 1993.
19. Гарифуллин Ф.Ш. Физические свойства почв и их изменение в процессе окультуривания. - М.: Наука, 1979.
20. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х. И др. Органическое вещество почв Башкирии. - Уфа, 1991.
21. Багаутдинов Ф.Я., Хазиев Ф.Х. Состав и трансформация органического вещества почв. - Уфа: Гилем, 2000.
22. Кольцова Г.А., Хазиев Ф.Х., Габбасова И.М. Фосфатное состояние почв. - Уфа: Гилем, 2001.
23. Гирфанов В.К., Ряховская H.H. Микроэлементы в почвах Башкирии и эффективность микроудобрений. - М.: Наука, 197S.
24. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимоло-гии. - М.: Наука, 1990; 200S.
25. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почвы. - М.: Наука, 1982.
26. Эрозия почв Южного Приуралья / Ред. Ф.Х. Хазиев. - Уфа, 1984.
27. Повышение плодородия эродированных почв/ Ред. Ф.Ш. Гарифуллин. - Уфа, 1982.
28. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х. Рационально использовать осушенные земли. - Уфа: Башкнигоиздат, 198S.
29. Габбасова И.М. Деградация и рекультивация почв Башкортостана. - Уфа: Гилем, 2004.
30. Хазиев Ф.Х., Рамазанов Р.Я. и др. Воспроизводство плодородия серых лесных почв. - Уфа: Гилем, 1999.
31. Хазиев Ф.Х. Воспроизводство плодородия черноземов Предуралья // Плодородие черноземов России. - М., 1998. - С. SS3 - S9S.
32. Хазиев Ф.Х., Кольцова Г.А. и др. Почвы Башкортостана. Т. 2. - Уфа: Гилем, 1997.
33. Повышение плодородия почв в условиях интенсивной системы земледелия / Ред. Ф.Х. Хазиев. - Уфа, 1986.
34. Комплексная программа повышения плодородия почв Башкирской АССР на 1990-199S гг. / Ред. Ф.Х. Хазиев. - Уфа: Башкнигоиздат. 1990.
35. Миркин Б.М., Хазиев Ф.Х. и др. Экологический императив сельского хозяйства Республики Башкортостан. - Уфа: Гилем, 1999.
36. Хазиев Ф.Х. Почва и биоразнообразие // Экология. 2001. № 3. - С. 13-19.
