CC BY
12
EARTH SCIENCES
Study of influense soil erosion on soil miostion and vegetation state in conditions of
the left bank of the river Dniester Muntyan A.1, Rushchuk A.2 (Republic of Moldova) Изучение влияния эрозии на содержание влаги в почве и состояние растительного покрова в условиях левобережья Днестра Мунтян А. Н.1, Рущук А. Д.2 (Республика Молдова)
'Мунтян Александр Николаевич /Muntyan Aleksandr — ведущий научный сотрудник, Республиканский научно-исследовательский институт экологии и природных ресурсов, г. Бендеры;
2Рущук Александр Дмитриевич / Rushchuk Aleksandr — кандидат биологических наук, доцент, кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, факультет аграрно-технологический, Приднестровский государственный университет им. Т. Г. Шевченко, г. Тирасполь, Республика Молдова
Аннотация: в работе приводятся данные полевых исследований влажности почв, видового состава растений в условиях смытых почв, склоновых местностей, рассматриваются связи между смытостью почв, полевой влажностью почв и величиной надземной фитомассы.
Abstract: the article gives data offield studies of soil moisture and spices composition ofplants in conditions of eroded soils in the sloped areas, considered relationships between soil erosion degree and soil moisture; soil erosion degree and soil cover mass.
Ключевые слова: эрозия почв, полевая влажность, масса растительного покрова. Keywords: soil erosion, soil moisture, soil cover mass.
Введение.
Почвенный покров, левобережья Днестра испытывает мощный деградационный прессинг. Деградация земель приводит к значительномуснижению продуктивности. Такие виды деятельности, как нерациональное сельскохозяйственное использование земель, недостаточно продуманное управление землепользованием и водопотреблением, сведение лесов и естественной растительности, частое использование тяжелой техники, перевыпас скота и неправильно подобранные севообороты, -способствуют деградации земель. Однако наиболее чувствительным для региона видом почвенной деградации является эрозия.
В результате эрозии получают сильное развитие различные типы деградации почвы, такие как физические, химические, биологические, профильные и общебиосферные деградации [3]. По литературным данным [1, 8, 9, 11], под воздействием эрозии изменяются в сторону ухудшения водный режим почвы, условия стока вод и гидрологическая обстановка территории, следствием чего является уменьшение запасов продуктивной влаги по всей протяженности профиля, что, в свою очередь, негативно отражается на состоянии напочвенного покрова. В результате этого возникает такое своеобразное явление, как эрозионная засуха.
Эрозионная трансформация почвенного покрова, изменение гидрологического режима педомасс сказывается на состоянии и видовом разнообразии растительности. Особенно это воздействие, выраженное разницей в увлажнении различных участков склона, проявляется в условиях левобережья Днестра, где засушливый климат делает запас продуктивной влаги в почве лимитирующим фактором развития растений.
Объектом исследований являются полигоны «Гыска» и «Ягорлык», расположенные в условиях склоновых местностей степи и лесостепи соответственно (рис. 1).
Рис. 1. Схема размещения объектов исследования «Гыска» и «Ягорлык» (А) и точек отбора образцов в пределах склонов различной крутизны и экспозиции (В)
Целью работы является изучение влияния эродированности почв на полевую влажность почв и видовой состав растительности.
Материалы и методы.
Смытость почв определена по результатам полевого исследования мощности гумусовых горизонтов на полустационарах «Гыска» и «Ягорлык». Современная мощность определена на ключевых участках склонов различных экспозиций с помощью бура Качинского. Схемы точек отбора образцов и маршрутов исследования представлены на рисунках 2, 3.
Рис. 2. Точки отбора мощности почв на полигоне Рис. 3. Точки отбора мощности почв на полигоне
«Гыска» «Ягорлык»
Современная мощность сопоставлена с предельной мощностью, рассчитанной по методике Ф. Н. Лисецкого [4]:
КЭ = ДНг/ Нг(пр), (1) где КЭ - коэффициент эродированности; ДНГ - слой потерянной почвы, мм; Нг (пр) - предельная мощность гумусового горизонта, мм.
Д нг = нг (пр) — нг (с) 5 (2)
где НГ (с) - современная мощность почвы, мм.
Определение предельной мощности гумусового горизонта производилось по отдельной методике [5]:
Нг(пр) = 1 0,8 58е0'00« (3)
где g - функция, отражающая влияние гранулометрического состава почвообразующих пород через содержание физической глины (для среднесуглинистых почв g равно 1); Q - где годовые энергетические затраты на почвообразование, Мдж/(м2 год).
а = 41,868
р0,73 "18,8^
(4)
Яе"
где Я - радиационный баланс, Мдж/м2 в год; Р - годовая сумма осадков, мм.
Для склоновых земель величина годовой суммы осадков рассчитана по методике В. Е. Софрони, В. Г. Молдован, А. И. Стоев [10], адаптированная нами кусловиям левобережья Днестра [7]:
Р = Р! ( 1 + 8(а) ) , (5)
где - количество осадков на плакоре, мм; - характеристика крутизны склона; - уклон склона, градусы.
( (+) иЮ ( - )
а) = | ^ , (6)
( ±^дляЗ (+) иВ ( -)
где С, Ю, З, В - экспозиции склона.
Предельная мощность почвенного покрова полигонов «Гыска» и «Ягорлык» определена по формулам (1, 2). В качестве исходных данных для расчетов использована информация о величинах необходимых элементов климата и материалы полевых исследований 2011-2014 гг. При анализе рельефа использованы топографические карты местности, масштабом 1: 50 000. На основе зависимостей (5, 6), значение предельной мощности почвенного покрова дифференцировано в зависимости от крутизны и экспозиции склона.
По данным полевых работ проведена выборка мощности гумусового горизонта почв исследованных склонов. При подборе материалов руководствовались средними величинами суммы горизонтов А и В в разрезах, заложенных на основных морфологических элементах склонов. По формулам (1, 2) вычислены коэффициенты эродированности, на основе которых определена степень смытости почв на полигонах «Гыска» и «Ягорлык» и темп их эрозии.
Влажность определяли методом высушивания при температуре 105° С, согласно ГОСТ 27593-88 [2]. Отбор образцов осуществлялся на глубину до 40 см через каждые 10 см на склонах различных экспозиций и уклонов на протяжении 2011-2015 гг.
Укосы надземной фитомассы производились на участках 25Х 25 см. в точках исследования полевой влажности.
Результаты и обсуждение.
Изучение распределения почвенной влаги в пределах полустационара «Гыска» за период 2011 -2015 гг. выявило устойчивую динамику большей увлажненности восточной и северной экспозиции в вершинах склонов (рис. 4а); восточной и западной экспозиции в верхней трети склонов (рис. 4б); северной и западной экспозиции в подножье склонов (рис. 4в).
а) Вершина
0
11 12 13 14 15
б) Верхн. треть
в) Подножие
Рис. 4. Динамика распределения почвенной влаги в пределах морфологических элементов склона полигона
«Гыска» за период 2011—2015 гг.
Наибольшие отличия в увлажнённости различных экспозиций наблюдаются среди вершин склонов. Необходимо отметить, что во всех случаях склоны южной экспозиции увлажнены меньше остальных. К аналогичным выводам при изучении увлажненности склоновых почв разных экспозиций в регионе пришел Ю. П. Николаев [7]. Повышенное содержание влаги у подножий склонов объясняется её аккумуляцией, а небольшие различия в её запасах - схожим испарением ровных низинных участков.
Исследования по выявлению связи между значениями влажности почв и степенью эродированности на полигонах «Гыска» и «Ягорлык» за период 2011-2015 гг. показали, что при
аппроксимации данных экспоненциальной функцией корреляционное отношение вышеуказанных значений находится на уровне К=0,59, К2=0,35,р<0,0001 при п=485. Уравнение регрессии имеет следующий вид:
у = -0,25367 + 2,27469е_0,13349Х, (7) где у - влажность почвы; %; х - степень эродированности почвы.
О \ оо со 00 оо о о
а»о о о о о\ш <п ^ ООф аьссоаае^э о % о оо о дао ч ова^Во <» о то о о%8 о См о 0 оо о
Х<4 о о о о©*Ь>0 о осо о иль о виооо-^»- о о ОС О -у^р О ООО СО ООО оо о ■зс оо осюю яь Яь Ф оа о О С&& оо о ООО ° 00 о ® О О^ ---—._,
ос 8 о® &оо Ш °ао° Ф 00 000
о о О ООО оо О О О О О О ООО о
Влажность, %
Рис. 5. Связь между степенью эродированности почв и влажностью почв, на полигонах «Гыска» и «Ягорлык»
за период 2011—2015 гг.
При анализе предлагаемой кривой (рис. 5) следует отметить, что влажность в намытых и слабо смытых почвах снижается менее динамично, чем в аналогичных условиях при средней и сильной степени смытости. Однако, как видно из рисунка 5, разброс данных влажности является значительным.
Дифференцированный анализ связи между значениями влажности почв и степенью эродированности на полигоне «Гыска» (рис. 6) и полигоне «Ягорлык» (рис. 7) за период 2011-2015 гг. показывает, что корреляционное отношение возрастает до значений почв Я=0,61 при п=298 и Я=0,54 при п=137 соответственно.
£000 00 ¿0 а>
□ 10 0 V* ®оап 'В ) 0 □ II 0
а ос <«8 СО® о 0 0 0 0 0
0 к У & й ИР о % 0 0Ф и у и 0 >
0 Ф 0 ГО »ООО т о чл Р 0 0 0 0 <л
- 0 .о 01 о с
ОС > XI 0 0 00 ■а 0 0 0 0 о
+ 6 8 1В I? 11 II 18 Л 22 и 25 28 30 32 3* В1ВИ«1Ь.%
Рис. 6. Связь между степенью эродированности почв и влажностью почв, на полигоне «Гыска» за период 2011—2015 гг.
10 12
Вламнссть 1
Рис. 7. Связь между степенью эродированности почв и влажностью почв, на полигоне «Ягорлык» за период 2011—2015 гг.
В результате исследований установлено, что на полигоне «Ягорлык» средне- и сильносмытые почвы обладают большим разбросом значений влажности, чем на полигоне «Гыска» (рис. 7). Это объясняется тем, что эродированные почвы в пределах «Ягорлыка» сформированы на выходах известняка, поэтому при засушливой погоде количество наблюдаемой влаги здесь было низким, в то
187
время, как в течение нескольких дней после выпадения осадков содержание влаги оставалось высоким за счет миграции из верхних, более увлажненных элементов склона.
Анализ разовых выборок данных на полигонах показывает, что при низких влагозапасах почв связь между значениями влажности почв и степенью их эродированности в пределах «Гыски» выше -Я=0,86, при п=66 (рис. 8), чем на полигоне «Ягорлык» - Я=0,72, при п=42 (рис. 9).
Рис. 8. Связь между степенью эродированности почв и влажностью почв, на полигоне «Гыска» 17.05.2013 г.
Рис. 9. Связь между степенью эродированности почв и влажностью почв, на полигоне «Ягорлык» 23.07.2014 г.
Следует отметить, что в условиях высокого увлажнения почвы связь между значениями влажности почв и степенью их эродированности в пределах «Гыски» была в пределах 0,55-0,86, в то время как на полигоне «Ягорлык» за период 2011-2015 гг. она варьировала в широких пределах - 0,33-0,81. Средне- и сильно эродированные почвы, расположенные на суглинистых основаниях обладают более устойчивой связью влажность почв-смытость, в то время как почвы известковых склонов в данном случае более вариативны.
Таким образом, по данным исследований 2011-2015 гг. плоскостная эрозия на уровне катены изменяет гидрологический режим, иссушая поверхности склонов и переувлажняя их подножия, за счет более быстрого стекания водной массы в эродированных частях склона и ее удержания на более мощных аккумуляционных участках.
Флористическими исследованиями (табл. 1) установлено, что растительный покров в условиях склоновых местностей изучаемых территорий представлен разнотравно-типчаковыми сообществами, находящимися на разных стадиях пастбищной дигрессии с большим участием полукустарничковых (Teucrium chamaedrys., Astragalus pseudoglaucus).
№ п/п Вид Точка наблюдения
22 23 26 27 28 29 31 32 33
1 Achillea pannonica + +
2 Allium sp. + + +
3 Astragalus pseudoglaucus +
4 Astragalus sp. +
5 Bromus arvensis +
6 Galium sp. +
7 Convolvulus arvensis +
8 Crocus reticulatus +
9 Elytrigia repens + + + + +
10 Festuca valesiaca + + + + + + + +
11 Hieraciumpilo sella +
12 Medicago romanica +
13 Melica uniflora + + +
14 Poaangus titolia +
15 Poa bulbosa +
16 Potentilla arenaria + +
17 Potentilla sp. +
18 Teucrium chamaedrys L. + + + + + + +
19 Thymus sp. +
20 Veronica sp. +
Как следует из таблицы 1, на эродированных участках склона, обладающих наименьшими влагозапасами, развиты менее гидрофильные виды, в частности, выпадают влаголюбивые виды (Elytrigia repens), в то время как у подножий склонов, в местах аккумуляции влаги, они присутствуют повсеместно. Кроме того следует отметить, что на сильносмытых склонах с выходом коренных известняковых пород появляются характерные виды-кальцефилы (Astragalu spseudoglancus).
На полигонах «Гыска» и «Ягорлык» в 2013-2015 гг. были проведены исследования зависимости величины надземной фитомассы от степени эродированности почв. По результатам исследований выявлено, что при аппроксимации данных экспоненциальной функцией корреляционное отношение вышеуказанных значений находится на уровне R=0,735, R2=0,54,p<0,0001 при n=52 (рис. 10).
I °.6 \° °
i
!Ü 0,4
0,2 0,0
-0,2
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Продуктивность, ц/га
Рис. 10. Связь между степенью эродированности и величиной надземной фитомассы
Таким образом, все вышеперечисленные последствия плоскостной эрозии, отраженные в деградационной трансформации почвенного покрова и изменении гидрологического режима педомасс сказываются на величине надземной фитомассы и видовом разнообразии растительного покрова.
Выводы.
В ходе изучения влажности почвы на полустационарах «Гыска» и «Ягорлык» за период 2011 — 2015 гг. установлено, что для отдельных экспозиций склонов характерны различные режимы увлажненности. Особенно это проявляется при сравнении северных и южных румбов.
Влажность в намытых и слабо смытых почвах снижается менее динамично, чем в аналогичных условиях при средней и сильной степени смытости.
Средне- и сильно эродированные почвы, расположенные на суглинистых основаниях обладают более устойчивой связью влажность почв-смытость, в то время как почвы известковых склонов в данном случае более вариативны.
Плоскостная эрозия на уровне катены изменяет гидрологический режим, иссушая поверхности склонов и переувлажняя их подножия, за счет более быстрого стекания водной массы в эродированных частях склона и ее удержания на более мощных аккумуляционных участках.
Все вышеперечисленные последствия плоскостной эрозии, отраженные в деградационной трансформации почвенного покрова и изменении гидрологического режима педомасс сказываются на величине надземной фитомассы и видовом разнообразии растительного покрова. Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-3550009.
Литература
1. Волощук М, Спиридонов Е. Влияние оврагов на иссушение межовражных земель // Сельское хозяйство Молдавии, 1970, № 3 - с. 26-27.
2. ГОСТ 27593-88 Почвы. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2006. - 9 с.
3. Крупеников И. А. Черноземы возникновение, совершенство, трагедия, деградации, пути охраны и возрождения: монография. - Кишинев: «Pontos», 2008 - 288 c.
4. Лисецкий Ф. Н. Воспроизводство почв в степных экосистемах разного возраста // Сибирский экологический журнал, 2012, № 6. - с. 819-829.
5. Лисецкий Ф. Н., Голеусов П. В., Чепелев О. А. Развитие черноземов Днестровско-Прутского междуречья в голоцене // Почвоведение, 2013, № 5 -с. 540-555.
6. Мунтян А. Н. Изучение распределения влажности в почве и его влияние на эрозионные риски Приднестровья // Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья: Мат-лы 4 Междунар. Науч.-практ. Конф. Тирасполь, 9-10 ноября 2012 г. - Тирасполь: Изд-во Приднестр. ун-та, 2012 - с. 207-209.
7. Николаев Ю. П. Влияние мезорельефа на баланс влаги и урожаи сельскохозяйственных культур // Физика, мелиорация и освоение почв Молдавии. - Кишинев: «Штиинца», 1982- с. 49-56.
8. Омельянов В. П. Исследование зональных и местных особенностей режима тепла и влажности почв северной лесостепи и подтайги Алтайского края: автореф. дис. канд. геогр. наук. Новосибирск, 1976 - 33 с.
9. Онищенко С. К. Влияние процессов естественной эрозии на развитие генетического профиля склоновых почв // Биологические науки, 1971, № 2 - с. 103-107.
10. Софрони В. Е., Молдован А. И., Стоев В. Г. Агроэкологические аспекты склонового земледелия в Молдавии; под ред. д.б.н. Х. Г. Тооминга. - Кишинев «Штиинца», 1990. 195 с.
11. Эрозия почв. Сущность процесса. Последствия, минимализация и стабилизация: Пособие. col.: Andries S. V., red. Resp.: D. D. Nour. - Ch..Pontos, 2001 (tiparTipografiaCentrala), - 428 p.
