CC BY
136
Таблица 4
ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДРЕВОСТОЕВ_
Вид дерева I Жизненное состояние древесной растительности
Платан западный 0,6 Поврежденный древостой
Туя складчатая 0,75 Поврежденный древостой
Сосна обыкновенная 0,7 Поврежденный древостой
Каштан американский 0,8 Здоровый древостой
В результате проведенных исследований (табл. 4) выявлено, что на территории ООО «АЭМЗ» произрастают в основном поврежденные деревья. Это можно объяснить выбросами вредных веществ в атмосферный воздух, а также неблагоприятным воздушным режимом. В целом на территории нормативной СЗЗ деревья находятся в поврежденном состоянии, что может быть объяснено отрицательным воздействием завода.
По результатам исследования можно сделать вывод, что исследуемое предприятие -электрометаллургический завод ООО «АЭМЗ» оказывает негативное воздействие на биотические компоненты окружающей среды, вызывая уменьшение видового разнообразия почвенной мезофауны и угнетение древесной растительности вблизи предприятия.
Список литературы:
1.Алексеев, В.А. Лесные экосистемы и атмосферные загрязнения [Текст] / В.А. Алексеев. - Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1990. - 200 с.
ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ГЛОБАЛЬНОМ ИЗМЕНЕНИИ _КЛИМАТА_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2019.2.67.348 Волокитин Митрофан Петрович,
канд. с-х. наук, старший научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН, г.Пущино
CHANGES IN SOIL FORMATION PROCESSES UNDER GLOBAL CLIMATE CHANGE
Volokitin Mitrofan,
PhD in Biology, senior researcher Institute of Basic Biological Problems, RAS, Pushchino
АННОТАЦИЯ
В статье представлен прогноз изменения свойств почв и процессов почвообразования при глобальном изменении климата. Прогнозируемые изменения в свойствах почв и почвообразовательных процессах рассмотрены для основных природных зон (подзон).
ABSTRACT
The article presents a forecast of changes in soil properties and soil formation processes under global climate change. Predicted changes in soil properties and soil-forming processes are considered for the main natural zones (subzones).
Ключевые слова: глобальное потепление, растительный и почвенный покров, свойства почв, процессы почвообразования, охрана почв
Key words: global warming, vegetation and soil cover, property of soil, soil formation processes, soil conservation
2.Барышева, И.В. Нормирование атмосферных выбросов металлургических комбинатов [Текст] / И.В. Барышева, А.М. Степанов // Экология и промышленность России. - М., 2005. - С. 16-20.
3. Бгане, Д.М. Инвентаризация зеленых насаждений на территории, прилегающей к ОАО «КРЭМЗ» [Текст] / Д.М. Бгане, Н.В. Чернышева // В сб.: «Экологические аспекты развития современной цивилизации». Мат. Междунар. научно-практ. конф. студентов, аспирантов, преподавателей. - Армавир, 2017. - С. 179-182.
4. Борисова, А.А. Экологические особенности почвенного и лесного покрова Краснооктябрьского опытного лесхоза Республики Адыгея [Текст] / А.А. Борисова, Н.В. Чернышева // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар, 2009. - № 19. - С. 136140.
5.Татарченко, Д.М. Металлургия чугуна, железа и стали в общедоступном изложении [Текст] / Д. М. Татарченко. - М.: Гос. изд-во, 1929. - 436 с.
Введение и новизна
Если по динамике растительности, в связи с глобальным потеплением, существуют
многочисленные разработки, то в отношении почвенного покрова таких прогнозов практически нет. Это связано прежде всего с тем, что почва
представляет собой сложное биокосное образование, формирующееся на протяжении длительного времени. Использование почвенных палеоаналогов затруднено тем, что современные рельефообразующие процессы существенно отличаются от тех, что были в прошлые теплые эпохи. По-видимому, будущая направленность почвообразующих процессов не будет скопирована с этих эпох. Однако, имеющиеся обширные материалы по антропогенному почвообразованию, с учетом естественной эволюции почв, позволяет дать качественную и частично количественную оценку направленности и степени проявления почвообразовательного процесса при изменении биоклиматических условий среды.
По данным [2], современная направленность почвообразовательного процесса пахотных почв совпадает с изменениями, которые ожидаются при глобальном изменении климата. Для условий северной тайги основными процессами являются: оглеение, заболачивание, увеличение застоя влаги; для преобладающей части южной тайги - усиление элювиирования, подкисления, дегумификации; для луговой степи - дегумификация. Ухудшение водно-физических свойств почв будет способствовать, с одной стороны, ксерофитизации, с другой - гумидизации.
Различия между агрогенными и природными почвами бореальной и суббореальной области Русской равнины проявляются в усилении контрастности водного и теплового режимов, увеличения суммы активных температур и сдвиге водного режима в сторону гумидизации. По прогнозу [3] изменение биологического круговорота, при глобальном потеплении, приведет к изменению содержания органического вещества в почвах в верхнем слое 0-20см. Увеличится обводненность территорий, которая будет сопровождаться ростом заболоченных почв. Согласно [4], потепление не окажет существенное влияние на величину биогенного потока углерода. При увеличении средней глобальной температуры на 2,20С общее сокращение резервуара почвенного углерода будет находиться в пределах 2,2-7,8%, а содержание углерода фитомассы либо увеличится на 1,8-2,0%, либо уменьшится на 0,3-4,5%.
Рост суммы активных температур, уменьшение глубины промерзания почв, увеличение вегетационного периода - все это приведет к активизации продукционного процесса и изменению направленности
почвообразовательного процесса. Изменится фациальная принадлежность почв, разработанная на термической основе. Холодные почвы перейдут в умеренно холодные. Увеличится глубина почвенного профиля, усилится интенсивность внутрипочвенного выветривания, получит большее развитие иллювиально-гумусовый процесс. При изменении водного режима почв, в результате повышения температуры и некомпенсированного выпадения осадков, замедлится глеевый процесс. Смена хвойной растительности на
широколиственную приведет к затуханию подзолистого процесса.
Результаты исследований и их обсуждения
Рассмотрим прогнозируемые изменения в свойствах почв и почвообразовательных процессах в результате потепления климата отдельно по природным зонам (подзонам).
В северной и средней тайге возрастет степень минерализации подстилки, опада и торфяных отложений на 1-2 и 2-3 т/га, что приведет к значительному увеличению минеральных элементов в поверхностных и грунтовых водах. Увеличится вынос водорастворимых органических веществ поверхностным стоком. При близком залегании уровня грунтовых вод (от 50 до 100см) это должно благоприятно сказаться на росте и развитии растений. При смене окислительно-восстановительных условий (повышение аэрации) будет происходить закрепление подвижных органо-минеральных соединений в профиле почв.
Произойдут качественные изменения в почвенной биоте. Улучшится нитрифицирующая способность почв, повысится их биологическая активность (продуцирование СО2), что будет соответствовать росту первичной продуктивности с 10,7-10,9 до 13,4-14,3т/га к 2050г [5].
Увеличение емкости биологического круговорота будет сопровождаться образованием гумусово-аккумулятивного горизонта у железистых и гумусово-железистых подзолов. Более увлажненные гумусовые подзолы, отличающиеся более тяжелым
гранулометрическим составом, будут развиваться в сторону дерново-подзолистых почв с темноцветным гумусово-аккумулятивным
горизонтом.
Повышение температуры почвы и смена таежнолесных растительных формаций на неморальнолесные вызовут развитие на глеево-подзолистых почвах дернового процесса. Уменьшится период избыточного увлажнения, замедлится процесс оглеения, несколько усилится подзолистый процесс. Улучшатся также водно-физические свойства этих почв. Однако в понижениях и на равнине при подтоплении (в результате увеличения поверхностного стока) глеево-подзолистые почвы будут заболачиваться и переходить в различные торфянисто-подзолистые и торфяно-глеевые разности.
Болотно-подзолистые почвы, занимающие поверхности плоских увалов и водоразделов, с заболоченными редколесьями, при смене растительности будут переходить в подзолистые, при различной степени оподзоленности. Однако большие территории в северной, и особенно в средней тайге, останутся заболоченными, хотя процесс накопления органических остатков изменится как в количественном выражении, так и по качеству.
Снижение относительной влажности воздуха, увеличение эвапотранспирации приведут к понижению уровня грунтовых вод и некоторому обсыханию территорий. Увеличится глубина
влагооборота, которая будет находится в пределах 1,0-1,2м, против 0,6-0,7м в настоящее время. Вместе с тем, водный режим не изменится и останется промывным. Следует отметить, что коэффициент использования летних осадков растениями возрастет на почвах легкого гранулометрического состава, обладающих хорошей водопроницаемостью.
Известно, что сельскохозяйственное использование земель оказывает заметное влияние на гидротермический режим почв. Освоенные и окультуренные почвы заметно отличаются по свойствам от своих целинных аналогов. Ежегодная вспашка приводит к существенному изменению температурного режима почв. На пашне в слое 020см температура может быть выше, чем в лесу, на 2-70. При глобальном потеплении температура пахотных почв повысится, увеличится вегетационный период. Создадутся более благоприятные условия для получения стабильных урожаев овощных и кормовых культур, и выращивания зерновых.
Основным подтипом почв в зоне средней тайги с темнохвойными лесами являются типичные подзолистые и торфянисто-подзолисто-глееватые почвы. При ожидаемом потеплении и продвижении лиственных пород на север в этой подзоне следует ожидать активизацию аккумулятивного процесса с образованием дерново-подзолистых, дерново-темноцветных, и дерново-глеевых почв. Смена растительности может сопровождаться заболачиванием территорий, несмотря на снижение коэффициента увлажнения (по прогнозу на 0,150,22). И только на хорошо дренируемых территориях и на легких почвах будет ощущаться недостаток влаги.
Наиболее контрастные изменения в растительном и почвенном покровах произойдут в подзоне южной тайги и в зоне смешанных лесов. Существенное увеличение емкости биологического круговорота, по сравнению с северной и средней тайгой, способствует образованию в южной тайге и подтайге широкого спектра дерново-подзолистых почв (обычные, остаточно-дерновые, со вторым гумусовым горизонтом и др.).
Улучшение гидротермических условий при глобальном потеплении (рост температуры почвы, снижение избыточного увлажнения) будут способствовать повышению продуктивности растений - к 2050г на 3-5,3 т/га. Соответственно возрастет поступление с опадом оснований в почву, что приведет к увеличению минерализации почвенного раствора, содержания в почвенном поглощающем комплексе обменного кальция и магния, к повышению реакции почвенной среды. Содержание гумуса в почвах вырастет на 17-30т/га. Изменится его качественный состав в сторону повышения гуминовых кислот, связанных с кальцием. При снижении уровня грунтовых вод и удлинении летнего периода, иссушения почв усилится минерализация гумуса и торфа. Летом будет отмечаться дефицит доступной влаги в почве в результате снижения коэффициента увлажнения.
Наибольшему иссушению подвергнутся лесные земли, на которых при смене растительности преимущественно получат травянистые ассоциации (луговые степи).
Увеличение поверхностного стока и его перераспределение по элементам рельефа (подтопление в бассейнах рек, аккумуляция воды в понижениях) вызовут некоторое заболачивание территорий). Дерново-подзолистые почвы будут развиваться в сторону дерново-палево-подзолистых и бурых лесных пов. В южной части подзоны дерново-подзолистые почвы приобретут более выраженные свойства серых лесных почв (более темную окраску гумусового горизонта, более высокую степень насыщенности почв основаниями, с повышением реакции почвенной среды). Сократится площадь кислых почв. Возможные негативные последствия могут быть связаны с увеличением количества и интенсивности летних осадков. Следует ожидать активизации эрозионных процессов на склоновых землях, сопровождающихся ростом эродированных почв. Оврагов и загрязнением биофильными элементами и экзогенными химическими веществами поверхностных вод.
Территории южной тайги и подтайги относятся к области интенсивного земледелия. Освоение дерново-подзолистых почв здесь имеет многовековую историю (порядка 250-600 лет). Значительная часть земель находится под пашней, которая в отдельных областях достигает 50%. В результате сельскохозяйственного использования земель дерново-подзолистые почвы приобрели ряд новых свойств, отсутствующих у их природных аналогов. Однако для повышения плодородия дерново-подзолистых почв требуются
значительные энергетические затраты. Поэтому при потеплении создадутся благоприятные условия для возделывания различных
сельскохозяйственных культур, реализация этих условий будет определяться системой ведения хозяйства. Потребуется проведение на землях сельскохозяйственного назначения различного рода мелиоративных мероприятий (двустороннее регулирование водного режима, известкование, землевание и др.).
Особенно остро встанет вопрос, связанный с обеспечением растений влагой. Уже сейчас во многих районах Нечерноземной зоны коэффициент увлажнения в летний период (июнь, июль, частично август) не превышает 0,52-0,84. В зимний период возрастает угроза вымерзания и выпревания озимых культур в результате оттепелей. Несмотря на повышение запасов питательных элементов в почве, которое произойдет при потеплении, потребуется внесение достаточно высоких доз минеральных и органических удобрений под сельскохозяйственные культуры.
При переходе от лесной зоны к лесостепной существенным образом меняется климат почвы. В подзонах широколиственных лесов и типичной лесостепи возрастет аридизация, водный режим почв меняется на периодически промывной, сумма
положительных температур проникает на большую глубину. Ускоряется минерализация органических веществ, активнее протекает процесс гумификации. Структура почв становится более устойчивой к внешним воздействиям. Улучшаются водно-физические свойства почв.
Серые лесные почвы, занимая положение между дерново-подзолистыми почвами и черноземами, в пограничных условиях их распределения, унаследовали свойства и тех, и других. При глобальном потеплении климата эти почвы будут тяготеть к черноземному типу почвообразования и развиваться по типу оподзоленных черноземов, особенно это проявится в формировании темно-серых лесных почв. Первичная биопродуктивность к 2050г возрастет на 3,6-4,0т/га. Увеличится содержание гумуса в профиле серых лесных почв в результате повышения доли корневой массы в общей фитомассе. Содержание гумуса увеличится на 18-24т/га.
Темно-серые лесостепные почвы и черноземы, будучи краевыми образованиями в эволюционном ряду своих типов, имеют большое сходство. При этом черноземы могут образовываться из темно-серых лесных почв [1]. Изменение режима увлажнения в сторону большего иссушения приведет к усилению полигональной трещиноватости на серых лесных почвах и проявлению процессов лессиважа и партлювации.
В понижениях рельефа, при близком залегании грунтовых вод, будут формироваться лугово-черноземовидные и лугово-темноцветные почвы. При остепнении луговые почвы будут эволюционировать в черноземы.
В северной и типичной лесостепи светлосерые и серые лесные почвы будут преобразовываться в темно-серые лесные, с развитием гумусово-аккумулятивного горизонта. Интенсивность оподзаливания заметно ослабнет. Ведущим почвообразовательным процессом станет дерновый. Под естественными фитоценозами содержание гумуса увеличится на 20-40т/га.
В настоящее время нами установлено, что серые лесные почвы северной лесостепи в последние 10 лет (2010-2019гг.) все чаще подвергаются иссушению. Периоды иссушения стали более продолжительными и затрагивают не только летний, но и осенний период. В отдельные периоды климат почвы под смешанным лесом в слое 0-20 см изменяется от умеренно-влажного с запасами влаги 20-30мм, до недостаточно влажного с запасами влаги 10-20мм. В пахотной серой лесной почве климат меняется от недостаточно влажного с запасами влаги 1 0-20мм до сухого с влажностью менее 10 мм. На залежи климат почвы по своим характеристикам ближе к агроценозу, чем к смешанному лесу.
Развитие пахотных серых лесостепных почв будет определяться системой ведения земледелия. Для поддержания бездефицитного баланса гумуса в агроценозах потребуется внесение растительных осадков и органических удобрений. Возрастут
непродуктивные потери влаги. Возникнет необходимость в проведении снежных мелиораций. Усилится проблема уплотненных и переуплотненных почв, так как старопахотные серые лесные почвы обладают неустойчивой водопрочной структурой. Переуплотнение способствует увеличению поверхностного стока, поэтому преобладающими процессами будут эрозионные. Неравномерное, циклическое выпадение осадков, их возрастающая эрозийность (в условиях высокой расчлененности рельефа) приведут к значительной деградации почв. Так, в настоящее время смыв почвы с пахотных земель на территории Среднего Поволжья составляет 4-7т/га, а с пашни покатых склонов - 8-18т/га. Потери гумуса и питательных элементов в результате эрозии будут возрастать.
В южной лесостепи и северной степи современная направленность черноземного почвообразовательного процесса не претерпит коренных изменений (подтиповая принадлежность почв не изменится). Будут наблюдаться некоторые флуктуации в пограничных зонах залегания различных подтипов черноземов. Так, в оподзоленных и выщелоченных черноземах Среднего Поволжья, при переводе поверхностного стока во внутрипочвенный, увеличатся периоды с большей глубиной увлажнения профиля почв. Запасы доступной влаги в почвах увеличатся за счет зимних осадков на 30-40мм, а летних - на 4060мм, что значительно скомпенсирует дефицит влаги, который составляет 60-70мм. Первичная продуктивность к 2050 году на оподзоленных и выщелоченных черноземах увеличится на 1.6- и 2,5 т/га, соответственно. Содержание гумуса возрастет на 10-14т/га.
Лимитирующим фактором получения высоких урожаев зерновых культур на черноземах является недостаточное увлажнение. Дефицит влаги в почве последовательно нарастает от весны к осени. При потеплении усилится контрастность водного режима. С одной стороны, произойдет увеличение весенних влагозапасов, а с другой, - будет происходить большее иссушение почвенного профиля в результате повышения летних температур и увеличения продолжительности вегетационного периода. Улучшится кислотно -щелочное состояние оподзоленных черноземов. Продуктивность естественных фитоценозов вырастет к 2050г. на 3,6-3,9 т/га.
Изменение гидрологического режима черноземов в сторону иссушения будет сопровождаться повышением границы залегания карбонатов. Усилится процесс минерализации органических остатков. Наиболее неблагоприятные условия для обеспечения влагой растений следует ожидать в Башкирии и оренбургской области, где в настоящее время дефицит влаги за вегетационный период составляет 85-150мм.
В степной зоне Заволжья и Предуралья наиболее широко распространены обыкновенные черноземы. Они приурочены к умеренно засушливым разнотравно-ковыльным степям и
залегают на водораздельных плато, склонах сыртов и на высоких речных террасах. Почвообразующими породами являются желто-бурые сыртовые лессовидные глины и суглинки. По морфологическим признакам обыкновенные черноземы близки к типичным. Содержание гумуса у них составляет 6-7%. Водный режим непромывной. Весной глубина увлажнения почв не превышает 50-120см, и этим слоем ограничивается ежегодный влагооборот. Уже весной отмечается дефицит влаги, который осенью достигает 120150мм в метровом слое почвы. Вклад зимних осадков в водопотребление растениями незначителен из-за больших потерь влаги на физическое испарение и сток. В перспективе, к 2050г, здесь следует ожидать улучшение гидротермических условий. Рост зимних и летних осадков, при ослаблении роста температур, благоприятно скажется на запасах влаги в почвах, особенно в результате увеличения внутрипочвенного перераспределения осадков при таянии снега.
Южные черноземы подзоны южной (сухой) степи относятся к ксероморфному подтипу черноземов, с обедненным и разреженным типчаково-ковыльным растительным покровом. Недостаточное увлажнение южных черноземов проявляется в ослабленном накоплении гумуса, меньшей мощности гумусового профиля, в более высоком залегании карбонатного горизонта и в появлении гипсового горизонта в пределах двух-трехметровой толщи. Урожаи
сельскохозяйственных культур, выращиваемых в богарных условиях, низкие. По своему строению южные черноземы близки к каштановым почвам полупустынь.
В настоящее время мощность толщи с оптимальной влажностью черноземов
Приволжской и Заволжской степи не превышает 50см. В результате климатических изменений следует ожидать увеличения глубины с оптимальной влажностью черноземов, а соответственно и их глубины иссушения на 1530см. При этом будет увеличиваться минерализация почвенных растворов, что может стать причиной снижения плодородия черноземов (возрастет содержание солей в почве, произойдет качественная перестройка почвенно-
поглощающего комплекса в сторону увеличения содержания иона натрия). Накопление солей в профиле южных черноземов усилится. Этот процесс еще в большей степени сблизит южные черноземы с каштановыми почвами. Для получения урожаев сельскохозяйственных культур потребуется дополнительное увлажнение. Однако к орошению южных черноземов необходим особый подход, поскольку эти почвы особенно чувствительны к изменению непромывного
водного режима на промывной, или периодически промывной.
В результате значительного увеличения испарения и внутригодового перераспределения осадков будет происходить засоление и осолонцевание южных черноземов и каштановых почв бессточных равнин. В блюдцеобразных понижениях, с невысоким уровнем залегания грунтовых вод, возможно формирование темноцветных слитых и осолоделых почв. По данным [6], усиление континентальности и изменение режима выпадения осадков сказываются на солевом профиле аридных почв, однако к активизации процессов засоления автоморфных почв не приводит.
В степной и лесостепной зонах в структуре почвенного покрова большой процент занимают террасовые пески и песчаные почвы. Более половины освоенных песков находится под лесом; под пастбищами и сенокосами занято более 30% и около 10% занимает пашня. При усиливающейся аридизации суши следует ожидать усиления ветровой эрозии на легких почвах. В связи с ожидающимся ростом летних температур на этих почвах будет складываться неблагоприятный для растений термический режим. Возрастет угроза проявления пожароопасных явлений. Потребуются дополнительные мероприятия по закреплению песков и их обводнению.
Литература
1. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б. Эволюция почв Среднерусской лесостепи в голоцене / Эволюция и возраст почв СССР. Пущино, 1986. С. 163-173.
2. Караваева Н.А., Мандыч А.Ф. Возможные последствия глобальных климатических изменений для почв и их водного режима // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1991. № 5. С. 46-55.
3. Карпачевский Л.О. Роль растений и глобальных изменений климата в эволюции почв // Почвоведение.1993. №9. С. 20-26.
4. Кобак К.И., Кондрашева Н.Ю. Изменения содержания углерода в наземной фитомассе и почвах природных зон России под влиянием антропогенных изменений климата / Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука, 2002. С. 211-215.
5. Коломыц Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность: атлас-монография / Э.Г. Коломыц; [отв. ред. Г.С. Розенберг]. - М.: Наука, 2005. - 390с.
6. Панкова Е.И., Конюшкова М.В. Влияние глобального потепления климата на засоленность почв аридных территорий. / Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2013. Вып. 71. С. 314.
