CC BY
26
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2010, том 16, № 1 (41), с. 28-39 =————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ УДК 581. 526. 53:528.921
ИЗМЕНЕНИЕ ВЛАГОЗАПАСОВ ПОЧВ В ОЧАГАХ СОВРЕМЕННОГО ГИДРОМОРФИЗМА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ СУКЦЕССИИ В АГРОЦЕНОЗАХ СТЕПНОЙ ЗОНЫ
© 2010 г. Н.А. Волкова*, О.Г. Назаренко**
*Институт водных проблем Российской академии наук Россия, 119333 Москва, ул. Губкина, д. 3, E-mail: [email protected]
**Донской государственный аграрный университет Россия, 346493 Ростовская область, Октябрьский район, п. Персиановский
Реферат. В условиях экологической дестабилизации в отдельных районах степных агроландшафтов получило развитие явление локального переувлажнения на водораздельных территориях (плакорах и их склонах). На переувлажненных землях формируются вторичногидроморфные комплексы, не имеющие аналогов в естественных степных биомах. Переувлажнение и часто сопутствующее ему засоление почв становится причиной деградации высокопродуктивных черноземов и вывода земель из сельскохозяйственного оборота, снижает эффективность хозяйственной деятельности человека в агроландшафте, создает ситуацию экологической напряженности. Проведенные нами исследования обеспечили комплексный подход к изучению проблемы.
Ключевые слова: современный гидроморфизм, агроценоз, влагозапасы черноземов, залежь, восстановительные сукцессии.
Явление современного гидроморфизма описано в лесостепных и степных районах Молдавии (Сувак, 1975; 1977; 1980), Украины (Полупан и др., 1983; Яровенко, 1989), Центрально-Черноземной области России (Зонн и др., 2001), Восточном Донбассе (Назаренко, 2002; Хитров, 2002), Предкавказье (Зайдельман, 1992; Зайдельман и др., 1998). Все исследователи этого явления едины во мнении, что оно - результат сочетания природных предпосылок (климатические флуктуации, состав поверхностных отложений, рельеф) и хозяйственной деятельности человека, направленной на задержание влаги в почве.
Комплексные крупномасштабные исследования на ключевом участке
Исследования проводились в Октябрьском районе Ростовской области, на территории юго-восточных отрогов Донецкого кряжа, постепенно переходящих в Приазовскую наклонную волнистую равнину. С целью комплексного изучения изменений компонентов вторично-гидроморфных природных комплексов был заложен ключевой участок. На нем проводились режимные (раз в 1-1.5 месяца) наблюдения влагозапасов почв и уровня почвенно-грунтовых вод круглогодично, осуществлялось ежегодное крупномасштабное картографирование растительности.
Участок расположен в 8 км к югу от г. Новошахтинск и в 3 км к западу от хутора Шевченко, на территории фермерского хозяйства АОО "Алексеевское" (рис. 1, а), имеет размеры 250 м х 200 м. Он расположен на склоне плакора (рис. 1,°г, общий уклон поверхности составляет 0.04-0.06), который ограничивается с юга балками, впадающими в р. Малый Несветай, с юго-востока - самой рекой, с востока - впадающей в ту же реку балкой Уюл, и с севера - правым
ответвлением этой балки (рис. 1, б).
Изначально для участка характерны автоморфные условия. В результате локального выклинивания на склоне минерализованных (16 г/л) почвенно-грунтовых вод хлоридно-сульфатного состава возникло переувлажнение. Очаги переувлажнения формируются в областях смены литологического состава между зоной накопления грунтовых вод и ее водоупорной толщи. Переувлажнение на склоне обусловлено, кроме того, особенностями пород, представленными набухающими глинами. Для этих почв характерен слитогенез, т. е. уплотнение почв и развитие поверхностей скольжения (Хитров, 1999). Оно было присуще почвам и до распашки территории, то есть является "первичным" или естественным. Фоновыми почвами на исследуемой территории являются черноземы обыкновенные карбонатные глубинно-слитизированные глинистые. Под влиянием переувлажнения и засоления эти почвы становятся вторично-гидроморфными профильно-слабоглееватыми, солончаковыми слабо- и среднезасоленными, высоко-слабозагипсованными, слабо- и сильносмытыми (Хитров и др., 2000).
a)
в)
г)
Рис. 1. Местоположение и рельеф ключевого участка на картах разного масштаба (а-г; "Сводный отчет по экспедиционному проекту ...", 1999). Fig. 1. Location and relief of the key plot on different-scaled maps (а-г; Report on expedition project ..., 1999).
Почвообразующие породы представлены желто-бурыми и красно-бурыми скифскими глинами мощностью более 10-20 м. Глубже могут залегать песчаные линзы, плиты известняка-ракушечника. Водоносные горизонты мощностью от 30 см до 100 см в основном представлены красно-бурыми, кирпично-красными разновидностями скифских глин и мергелем или
мергелистыми глинами. Глубина их расположения от дневной поверхности - от 2 до 5 м.
Территория водораздела, на склоне которого расположен наш участок, была впервые распахана в 20-х гг. В 40-х и начале 50-х гг. она использовалась под пастбище, в середине 50-х гг. повторно распахана. Вторично переувлажненные участки, зарастающие тростником, появились на рассматриваемом склоне в середине 80-х гг. (Назаренко, 1989). С 1993 года участок является залежью. Верхняя часть склона вплоть до водораздела продолжает использоваться под пашню. Разросшиеся на залежи монодоминантные пырейные сообщества периодически скашиваются. В целом растительность участка представлена серийными сообществами преимущественно сорных видов. В течение 11 лет наблюдался процесс восстановления залежной растительности в условиях вторичного переувлажнения и засоления почв.
Условия переувлажнения на динамических площадках режимных наблюдений
Характерной особенностью переувлажненных участков является повышенное содержание почвенной влаги в течение большей части вегетационного периода. Наблюдения за режимом влажности проводились круглый год с периодичностью 15-30 дней летом и 30-50 дней зимой в период с мая 1998 по август 2003 года. Получившийся профиль с точками режимных наблюдений протянулся на 440 м. Он пролегает от водораздела через все элементы склона до нижней части переувлажненного комплекса (точки W-1 - W-12; рис. 2).
Площадка W-1 заложена в 22 м выше очага переувлажнения вне области его влияния, на старой залежи. Водоносный горизонт в этой части склона, представленный мергелем, находится между двумя водоупорами. Средне минерализованные грунтовые воды (10 г/л) имеют среднюю минерализацию по профилю. В этой части склона связь грунтовых вод с почвенным профилем отсутствует.
Площадка W-2 расположена в повышенной части очага переувлажнения, на его периферии, на старой залежи. Во все годы наблюдений здесь отмечалось наличие тростника. На этой площадке верхний водоупорный слой над водоносным горизонтом отсутствует, поэтому существует прямая связь поверхностных и грунтовых вод. Значительную часть года сильноминерализованные почвенно-
грунтовые воды находятся в 1.5-метровой толще, создавая таким образом гидроморфные условия в почве.
Площадка W-3 заложена в центре очага переувлажнения в 14 м от точки W-2 ниже Рис. 2. Схема расположения пл°щад°к по склону в месте выклинивания почвенно-
Режимных наблюдений (W-1 - W-12) на грунтовых вод. Здесь формируются те же
ключевом участке. Fig. 2. Scheme of monitoring ¡- w 0 ^
J „тт , ,„ч • . . сообщества, что и на площадке W-2. Однако
observations (W-1 - W-12) in the key plot.
минерализация почвенно-грунтовых вод выше, чем на периферии очага переувлажнения -11.5 г/л, что также соответствует высокой минерализации. Большую часть года вода присутствует в почвенном профиле (выше 1.5 м), опускаясь до 3 м в осенне-зимний период. Осень-зима 2000 года характеризовались самым сильным иссушением, вода не была вскрыта до глубины 7 м. Верховодка исчезает в середине осени.
Площадка Ж-4 расположена также на старой залежи ниже очага переувлажнения, в 24 м от предыдущей на обширной площади растекания выклинившихся вод. Почвы отличались в начале наблюдений повышенным засолением в верхних горизонтах, а позднее при повторной солевой съемке отмечено слабое засоление почв. Однако грунтовые воды сильноминерализованные. Амплитуда колебания их уровня за период наблюдений составила 5 м.
Площадка Ж-5 заложена в 40 м ниже очага переувлажнения в центре области растекания. Почвенно-грунтовые воды вскрываются в течение всего года, их уровень колеблется от 1.5 до 3.8 м. В связи с активным таянием снега присутствие почвенно-грунтовых вод в марте-апреле обнаруживается в этой точке в 2-х метровой почвенной толще. Минерализация воды максимальная по профилю - 13.5 г/л (сильноминерализованные).
Площадка Ш-7 находится в нижней части области растекания в 30 м от ее центра. Уровень сильноминерализованных почвенно-грунтовых вод (13.4 г/л) колеблется от 1.5-2.5 м поздней зимой и весной до 3-4 м летом и осенью. Вода вскрывается в этой точке в течение всего года.
Площадка Ж-11 заложена на этом же склоне в месте выклинивания грунтовых вод, но за пределами территории ключевого участка. Здесь производится ежегодная распашка. На пахоте отмечается ежегодное появление тростника с низким обилием. Характер колебаний УГВ аналогичен картине на площадках '-2 и '-3 (ядро переувлажнения ниже по склону). Почвенно-грунтовые воды постоянно присутствуют в почвах до глубины 2.8 м.
Площадка Ж-12 заложена в приводораздельной части склона на пашне в качестве контрольной, характеризующей фоновое состояние почв в автоморфных условиях. Образование верховодки в разные сезоны отмечено на разной глубине. УГВ имеет хорошо выраженную сезонную динамику для всего водосбора. На водоразделе верховодка появляется в феврале и исчезает в конце лета или в начале осени. При этом даже в наиболее влажные периоды УГВ не достигает поверхности почвы, удерживаясь на глубине более 2-3 метров. Поздней осенью грунтовые воды обычно не обнаруживаются. Минерализация грунтовых вод колеблется от слабой до средней, что ниже, чем в ядре переувлажнения.
Влагозапасы почв и их связь с растительностью
Анализ данных режимных наблюдений дал возможность проследить изменения влагозапасов в почвах под разными сообществами по профилю (рис. 3-5). Режим увлажнения почвы определяется в основном атмосферными осадками, и как следствие, формированием линз почвенно-грунтовых вод. Накопление влаги в почвах происходит зимой, в периоды оттепели, частые для Ростовской области, и особенно весной, в период снеготаяния - с февраля до апреля. В дальнейшем, летом при повышении атмосферной температуры влажность почв уменьшается, происходит их иссушение. За все годы наблюдений изменение насыщенности почвенно-грунтовой толщи согласуется со степным режимом.
Пробы почв на влажность отбирались в слоях разной мощности (50 см, 100 см, 150 см, 200 см) по динамическим площадкам. Характер варьирования запасов влаги в слоях 0-50 см и 0-100 см имеют тесную связь, поэтому для анализа режима влагозапасов был обоснованно выбран слой 0-100 см. Кроме того, с точки зрения оценки связей растительности с характером увлажнения почв наиболее показательным является почвенный слой 0-100 см, поскольку корневая система тростника (Phragmites ат1га11$;) проникает здесь на эту глубину, остальных растений - на еще меньшую (около 95% корней концентрируется на глубине
50 см). В целом для верхнего слоя почвы (0-50 см) характерен более сглаженный ход экстремумов влажности по гидродинамическому профилю по сравнению со слоем 0-100 см. То же касается и годовых амплитуд запасов влаги. Наименьшим изменениям влажности подвержены слои, залегающие глубже 1.5 метров.
500
450
2 400 2
s' i_ га
5а 350 ъ
о га с
300
250
200
14.1 4.3 23.4 12.6 1.8 20.9 9.11 29.12
дата (день, месяц)
...... ! \ : ПВ
X •. ............ ч - ......... 1 ♦
4....... ; -^В / /
> x ......... - -L J ....., *V \ *SK / ------л- / ___ВРК
' ' .......... 1 1 \ ^................. ---a г —
1 1 1 1 ъ......... ................ ...... '"■ ВЗ
1 1
14.1 4.3 23.4 12.6 1.8 20.9 9.11 29.12
дата (день, месяц)
.........•.........2003 г. - -Q - 2000 г. --Ж- 2002 г. — Л- 2001 г. ♦ 1998 г.
-НВ макс -ПВ -ВЗ ..........■..........1999 г. -КрВ
Р б)
Рис. 3. Изменение запасов почвенной влаги в слое 0-100 см на ключевом участке за период 19982003 гг.: а) - контрольная точка на водоразделе (W-12) под сельскохозяйственными культурами, б) -точка выше очага выклинивания грунтовых вод (W-1) под сорнотравными сообществами. Условные обозначения: ПВ - полная влагоемкость, НВ - наименьшая влагоемкость, ВРК - влажность разрыва капиллярной связи, ВЗ - влажность завядания. Fig 3 Changes in the moisture storage within the 0100 cm soil layer in the key plot during 1998-2003: а) - observation point in the watershed (W-12) under agricultural crops, б) - observation point situated out of the ground water influence zone (W-1) under weed communities. Legend: ПВ - maximum water capacity, НВ - minimum water capacity, ВРК - capillary fringe breaking, ВЗ - wilting point.
На площадке с доминированием амброзии полыннолистной (Ambrosia artemisiifolia) и моркови дикой (Daucus carota), расположенном на склоне выше влияния переувлажнения на его внешней границе с посевами, запасы влаги колеблются от 280 мм до 500 мм (рис. 3, б). В центре очага переувлажнения с доминированием тростника обыкновенного запасы почвенной влаги во все месяцы выше таковых за его пределами на 100-170 мм и колеблются от 390 до 510 мм (рис. 4, а). В области растекания, расположенной ниже тростников, где формируется сообщество с доминированием пырея ползучего (Elytrigia repens), запасы влаги изменяются в течение года от 380 мм до 510 мм (рис. 4, б).
14.1 4.3 23.4 12.6 1.8 20.9 9.11 29.12
дата (день, месяц)
550
500 450
s s
g 400
(О
с
m
ÎS 350
300 250 200
Рис. 4. Изменение запасов почвенной влаги в слое 0-100 см в очаге выклинивания почвенно-грунтовых вод: а) - площадка W-2 - очаг выклинивания грунтовых вод, под тростниковыми, тростниково-пырейными сообществами; б) - площадка W-3 - нижняя по склону часть зоны выклинивания грунтовых вод, под тростниково-пырейными и пырейно-тростниковыми сообществами) на ключевом участке за период 1998-2003 гг.; условные обозначения на рис. 3. Fig. 4. Changes in the moisture storage within the 0-100 cm soil layer in the key plot during 1998-2003 in the ground water influence zone: а) - site W-2 - outcrop of ground waters under reed and couch-grass - reed communities; б) - site W-3 - outcrop of ground waters downwards the slope under couch-grass - reed and reed - couch-grass communities. Legend is the same as in Fig. 3.
.1 4.3 23.4 12.6 1.8 20.9 9.11 29.12
дата (день, месяц)
Максимальные значения запасов влаги в почве характерны для точек непосредственно в очаге переувлажнения С-2 и '-3) (рис. 4). Абсолютные максимумы составляют здесь 261 мм в слое 050 см и 497 мм в слое 0-100 см. На водоразделе (площадка '-12) эти значения не превышают 226 и 415 мм соответственно, что в среднем на 16% ниже, чем в очаге переувлажнения (рис. 3, а). Еще меньшие различия характерны для точек в области растекания ('-4, '-5, '-7) и вне области влияния переувлажнения С-1), где они не превышают 5% (рис. 5). Изменение минимальных значений влагозапасов по профилю отличается большей контрастностью. Характерен выраженный пик в ядре переувлажнения: 170 мм в слое 0-50 см и 366 мм в слое 0-100 см, т. е. минимальные значения на 30-35% больше, чем на остальных режимных площадках. Тогда как различия между точками выше очага переувлажнения С-12 и '-1) и в области растекания ('-4, '-5, '-7) незначительны и составляют всего 9-11%.
Таким образом, наименьшему иссушению по амплитуде годовых колебаний запасов влаги подвержена почва в очаге переувлажнения, где произрастают тростниковые и тростниково-пырейные сообщества. Причем в периферийной части (площадка '-2) иссушение менее выражено, чем в центре С-3), и составляет 79 мм и 94 мм соответственно. Эти площадки отличаются более высокими значениями влажности в весенний период и коротким периодом иссушения, приходящимся на август. Отличительной особенностью почвенного профиля для этих площадок является более высокий уровень залегания аккумулятивной зоны, на глубине 100150 см, также прослеживается эффект стекания и в профиле присутствует свободная влага. Наибольшему иссушению в летнее время подвергаются участки, расположенные вне области переувлажнения, что выражено более широкими диапазонами иссушения. Значительно иссушается приводораздельная часть склона (площадка '-12). Летние осадки влияли на влагозапасы только слоя 0-50 см. Зимние осадки (1999-2000 гг.) пополняют запас влаги в грунтовой толще. Максимальное иссушение за год характерно для площадки '-1, где связь грунтовых вод с почвенным профилем отсутствует благодаря наличию верхнего водоупорного слоя и составляет 127 мм в слое 0-50 см и 203 мм в слое 0-100 см.
Для полноты анализа кроме характеристик запасов влаги в почве использовались следующие почвенные характеристики: полная влагоемкость (ПВ), наименьшая влагоемкость (НВ), влажность разрыва капиллярной связи (ВРК), влажность завядания (ВЗ) (рис. 3-5). Константы (ПВ, НВ, ВЗ) рассчитывались исходя из свойств почвы и получены экспериментальным путем, в каждой точке наблюдений, а именно: плотность почв по 10 см слоям и максимальная гигроскопичность.
В тех случаях, когда запасы влаги (ЗапВл) были ниже ПВ и превышали НВ (присутствие в почве гравитационной влаги), считалось, что это период переувлажнения почвы. Запасы влаги ниже НВ (максимальное количество воды, удерживаемое в почве капиллярными силами после полного стекания гравитационной влаги), но выше ВРК (влажность, при которой падает тургор в тканях растений и снижается продуктивность) трактовались как условия нормального увлажнения почвы. Запасы влаги ниже ВРК соответствовали дефициту влаги в почве. А при запасах влаги ниже ВЗ (количество влаги недоступное для растений) наступала почвенная засуха. Таким образом, запасы влаги в каждой точке за шестилетний период оценивались не только в абсолютных величинах (мм в почвенном слое), но и по категориям влаги. На графиках (рис. 3-5) представлена динамика влагозапасов почв за шестилетний период по профилю.
Зональной является ситуация, когда зима и весна характеризуются накоплением влаги в почве (ПВ>ЗапВл>НВ), а с конца мая создаются условия почвенной засухи (ЗапВл<ВРК), сохраняющиеся весь летне-осенний период. Такова картина изменения влагозапасов в точке на водоразделе (рис. 3, а). Подобный режим влагозапасов характерен в точке выше очага выклинивания грунтовых вод (рис. 3, б) под сорнотравными сообществами, где не
14.1
4.3
23.4 12.6 1.8
дата (день, месяц)
20.9
9.11
29.12
а)
550 500 450 | 400
Ц 350
5!
300 250 200
т н 1 1 г T 1 1
J* ♦ ......Ш.Л * 1 1 1
. -I................ ......... 1 1 1 1 1 1 ___ ¿x
! - -
................. ........ ' ■".„ • « <f -J VV A------ '
*< ' J-- ВРК
--1 \ '/ i V A --------+--------1-----* -M 1 \ i V -1-1-4—t *.......«^k a--' i --
....... ..............-........^ ВЗ
■ ' ' л 1 1 1 1 -i-i-1 /-----г------- ••.......... ! ! -1-1- -
14.1
550 500 450
I 400 "
| 350
300 250 -
4.3
23.4 12.6 1.8
дата (день, месяц)
20.9
9.11
29.12
б)
200
/____
^_НВ
ж
14.1
4.3
23.4
12.6 1.8 дата (день, месяц)
20.9
9.11
29.12
в)
Рис. 5. Изменение запасов почвенной влаги в слое 0-100 см ниже очага выклинивания грунтовых вод: а) - (точка W-4 - зона растекания, под пырейными и галофильными сообществами; б) - точка W-5 - область растекания, под амброзиевыми сообществами; в) - точка W-7 - зона растекания под бодяковыми и латуковыми сообществами) на ключевом участке за период 1998-2003 гг.; условные обозначения на рис. 3. Fig. 5. Changes in the moisture storage within the 0-100 cm soil layer in the key plot during 1998-2003 in the lower part of slope out of ground water influence zone: а) - site W-4 - spread zone under couch-grass and halophyte; б) - site W-5 - spread zone under ambrosia communities; в) - site W-7 - spread zone under weed communities. Legend is the same as in Fig. 3.
наблюдается присутствие почвенно-грунтовых вод в почвенном профиле. Накопление влаги происходит зимой и до конца апреля, иногда в результате летних гроз. Нормальное увлажнение отмечено в мае-июле. Засуха (ЗапВл<ВРК) начинается в июне-июле и продолжается до поздней осени. Сильная засуха (ЗВ<ВЗ) здесь отмечена один раз в августе-сентябре в наиболее сухой год (2002).
Совершенно иной режим влажности почвы описан нами в очаге переувлажнения ('-2, '-3) под тростниковыми, пырейно-тростниковыми и тростниково-пырейными сообществами (рис. 4): в отдельные годы отмечается длительное присутствие гравитационной влаги (ПВ>ЗапВл>НВ) зимой. Типичным же является преобладание нормального увлажнения (НВ>ЗапВл>ВРК) в течение всего вегетационного периода (конец весны - лето - осень), что не характерно для условий степных плакоров. Крайне редко создаются условия почвенной засухи (ЗапВл<ВРК) - исключение составляют только экстремально сухие годы. Однако даже в такие годы запасы влаги не опускаются до экстремальных значений - влажности завядания.
Территория ключевого участка, расположенная в обширной области растекания, характеризуется наличием широкого спектра условий увлажнениия: от переизбытка влаги в почве (гравитационной влаги) в зимне-весенний период до продолжительной засухи в почве (в зависимости от режима выпадения атмосферных осадков) в летний или летне-осенний периоды (рис. 5). В отдельные годы здесь наблюдалось максимальное из всех точек профиля иссушение почвы - запасы влаги опускались ниже влажности завядания.
В верхней части области растекания вблизи очага выклинивания в условиях повышенного засоления почв и формирования пырейных сообществ с участием галофитов дефицит влаги в почве наблюдается с конца мая, в отдельные годы с конца июня, редко достигая рубежа влажности завядания (рис. 5, а). Период нормального влагосодержания в почве длится в зависимости от года с зимы до начала лета или с апреля до июня, а также с середины осени до зимы, когда начинается накопление влаги в почве.
Динамика влагозапасов по годам и по сезонам в средней части области растекания схожа с предыдущей точкой (рис. 5, б). Отличие состоит в наступлении засушливых периодов в более ранние сроки. Здесь в разные годы описаны амброзиево-морковные, пырейные, бескильницевые сообщества. Наиболее выраженная засуха по срокам и минимальным значениям влагосодержания наблюдалась на участке в нижней части области растекания (рис. 5, в), где формируются преимущественно бодяковые, латуковые, амброзиевые сообщества.
Во все сроки отборов проб наибольший запас почвенной влаги наблюдался под тростниковыми сообществами. Меньший запас характерен для почв, на которых формируются сообщества с доминированием пырея ползучего. Еще более низкие показатели обнаруживаются в области растекания, занятой сорнотравьем. Из этой категории сорных сообществ на графиках представлены запасы влаги под сообществами с доминированием дурнишника обыкновенного и бодяка полевого. Сезонный ход запасов влаги по профилю наиболее выражен в слое 0-50 см и сглаживается с глубиной. В мае запасы влаги по всем точкам профиля превышают августовские показатели на 100 мм в нижних слоях почвы и на 200 мм в верхних.
Пространственная структура и динамика растительности
С 1997 года на ключевом участке проводились ежегодные геоботанические исследования, включающие геоботанические описания растительности и микрокартографирование растительных сообществ в масштабе 1: 1000. В результате составлены 6 карт, отражающих распределение растительных сообществ на каждый год (за
исключением 1999 г.) всего периода геоботанических наблюдений на участке. Эти карты и экспериментальные данные по точкам режимных наблюдений позволили индикационным методом установить в очагах современного гидроморфизма изменение основных факторов динамики растительности: влажности и засоления почв на всем участке. Кроме того, по составленным картам прослежены изменения во времени, а также установлены основные стадии формирования квазикоренной растительности после снятия прямого антропогенного пресса (ежегодной распашки). Распределение сообществ на ключевом участке и их динамика обусловлены двумя основными природными факторами - увлажнением и засолением почвы. В связи с этим общие закономерности сукцессий растительных сообществ на ключевом участке рассмотрены по основным экотопам: 1 - у выхода грунтовых вод на поверхность; 2 -на площади внутрипочвенного и поверхностного растекания воды, часто сопровождаемой аккумуляцией солей; 3 - участки, не испытывающие переувлажнения, обтекаемые потоками воды и не затронутые засолением.
Рассмотрение динамики растительности по этим экотопам позволили выделить три основных вида сукцессий (смен во времени). Растительность можно представить в виде серийных сообществ, составляющих ряды стадий развития той или иной сукцессии.
1) флуктуационные смены растительных сообществ в зависимости от колебаний степени увлажнения участков, длительное время не подверженных прямому антропогенному воздействию (ядра очагов современного гидроморфизма); представлен относительно стабильными сообществами Phragmites australis, Phragmites australis-Elytrigia repens, часто с участием Tripolium pannonicum, Salicornia europaea, Puccinellia distans.
2) восстановительные сукцессии растительности на участках, находящихся под воздействием периодического переувлажнения (с тенденцией к его снижению и рассолению почв), не испытывающими постоянного интенсивного воздействия человека; характеризуется нестабильностью экотопа. На таких экотопах выделено 2 стадии восстановления растительности степей на залежи: 1 стадия (залежь 5-6 лет), бурьянистая (Ambrosia artemisiifolia, Cirsium arvense, Xanthium strumarium, Daucus carota). 2 стадия (залежь 8-11 лет), стадия корневищных злаков, преимущественно Elytrigia repens.
3) восстановительные сукцессии растительности на участках, находящихся вне влияния локального переувлажнения, постоянно испытывающие слабое антропогенное воздействие (сенокошение), а временами подвергающиеся полному уничтожению при распашке. Здесь выявлен серийный ряд растительных сообществ, в котором можно выделить 3 стадии: 1 стадия (залежь 5-6 лет), бурьянистая (Ambrosia artemisiifolia, Cirsium arvense, Artemisia absinthium, Consolida regalis), наиболее ярко выражена первые 3-4 года существования залежи и еще длительное время обнаруживает свое присутствие (до 10 лет). 2 стадия (залежь 8-9 лет)- стадия спонтанных многолетников - Salvia verticillata, Euphorbia volhynica. 3 стадия (залежь 11-12 лет) знаменует переход к формированию квазикоренных сообществ степей. На этой стадии уже вселяются степные виды Festuca valesiaca, преимущественно на месте локальных очагов произрастания полыней (Artemisia santonica, A. austriaca); участие Coronilla scorpioides и Amygdalus nana отмечено для разнотравно-шалфейных сообществ.
Выводы
Выявлены качественные и количественные параметры экологического диапазона формирования растительных сообществ в условиях современного гидроморфизма на плакорах восточной окраины Донецкого кряжа, а именно: почвенные влагозапасы, категории почвенной влаги, уровни почвенно-грунтовых вод, режим почвенной влаги.
Растительность в очагах переувлажнения, перешедших в категорию залежных, со временем претерпевает изменения. Это обусловлено, во-первых, процессами саморазвития
растительности, способствующими формированию устойчивых сообществ, во-вторых, влиянием прямых воздействий человека в процессе природопользования, таких как сенокошение, выпас, в-третьих, - природными флуктуациями влагообеспеченности. Наиболее стабильной частью растительного компонента очага переувлажнения являются его ядра, занятые тростниковыми зарослями.
Растительность на залежи имеет либо направленный, либо флуктуационный характер в зависимости от характера изменений биотопов. Нераспахиваемые участки сильного и среднего переувлажнения со временем зарастают корневищными злаками, которые целесообразно оставить в залежном состоянии и использовать в качестве сенокосов. На участках слабого переувлажнения, периодически распахиваемых, происходит концентрация сорных видов. Для того чтобы снизить массовое скопление сорняков, желательно такие участки также не подвергать распашке и перевести их в другой вид землепользования -сенокосы (возможно также засевание кормовыми злаками такими, как костры и пыреи) и пастбища.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вальтер Г. 1975. Растительность земного шара. Эколого-физиологическая характеристика.
М: Изд-во Прогресс. 426 с. Высоцкий Г.Н. 1906. Об ороклиматических основах классификации почв // Почвоведение. № 14. С. 1-18.
Зайдельман Ф.Р. 1992. Естественное и антропогенное переувлажнение почв. С-Пб.:
Гидрометеоиздат. 287 с. Зайдельман Ф.Р., Тюльпанов В.И., Ангелов Е.Н., Давыдов А.И. 1998. Почвы мочарных ландшафто- формирование, агроэкология и мелиорация. М.: Издательство МГУ. 160 с. Зонн С.В., Долгов С.В., Иванова Н.Б. 2001. Воздействие современного сельского хозяйства на водные ресурсы в зоне аэрации// Известия Академии наук. Серия географическая. № 5. С. 71-81
Назаренко О.Г. 1989. Глеевый процесс в мочаристых почвах // Тезисы докладов VIII
Всесоюзного съезда почвоведов. Кн. 5. Новосибирск. С. 223. Назаренко О.Г. 2002. Современные процессы развития локальных гидроморфных комплексов в степных агроландшафтах. Автореф. дисс. ...доктора биол. наук. Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова. 46 с. Новикова Н.М., Назаренко О.Г., Хитров Н.Б. 2002. Проблема биологического загрязнения ландшафтов степных районов России // Научные аспекты экологических проблем России. Труды Всероссийской конференции, Москва, 13-16 июня 2001 г. Под ред. Ю.А. Израэля. Т. 2. М.: Наука. С. 234-239. Отчет по экспедиционному проекту № 116-5.1 ФЦП Интеграция "Естественные и антропогенные процессы и факторы формирования, функционирования и эволюции агроландшафтов юга России". 1998. № Г.Р. 02.9.80005599. 318 с. Сувак П.А. 1977. Мелиорация мочаристых солонцовых почв Молдавии. Кишинев: Изд-во
Картя Молдовеняскэ. 105 с. Хитров Н. Б. 2002. Развитие переувлажнения черноземов в исходно автоморфных агроландшафтах // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН). № 2. С. 31-34.
CHANGES IN SOIL MOISTURE STORAGE AND PLANT SUCCESSIONS IN AGROCOENOSES EXPOSED TO HYDROMORPHISM IN THE STEPPE ZONE
© 2010. N.A. Volkova*, O.G. Nazarenko**
* Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences Russia, 119333Moscow, Gubkina str., 3. E-mail: [email protected]
**Don State Agricultural University Russia, 346493 The Rostov area, October region, Persianovsky settlment
Abstract. Under conditions of the ecologically destabilized environment the local excessive wetting may be observed in some watershed areas of the steppe zone after 200 years of intensive farming. The secondary hydromorphic complexes are formed on excessively moistened lands having no analogs in natural steppe biomes. Under study were all the components of these hydromorphic ecosystems. Following ecological ranges of plant communities the stored soil moisture, categories of soil moisture, ground water level, the soil moisture regime have been studied. The main stages of plant successions were determined as based on a set of plant communities maps compiled during the 8-year period of research carried out in key plots. Key words: recent hydromorphism, agrocoenosis, water capacity of chernozem soil, layland, plant successions.
