CC BY
22
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
УДК 551.509.22 (470.67)
doi 10.18522/1026-2237-2020-4-66-74
КОНЦЕНТРАЦИЯ И ЗАПАСЫ АЗОТА В ПОЧВАХ ПОЛУПУСТЫННЫХ ЛАНДШАФТОВ КИЗЛЯРСКИХ ПАСТБИЩ
© 2020 г. Т.А. Асварова1, Г.Н. Гасанов1, К.Б. Гимбатова1, К.М. Гаджиев1, Р.Р. Баширов1, А.С. Абдулаева1, З.Н. Ахмедова1
1Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН,
Махачкала, Россия
CONCENTRATION AND NITROGEN STOCKS IN THE SOILS OF SEMI-ARID LANDSCAPES OF KIZLYAR PASTURES
T.A. Asvarova1, G.N. Gasanov1, K.B. Gimbatova1, K.M. Hajiev1, R.R. Bashirov1, A.S. Abdulaeva1, Z.N. Akhmedova1
1Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences,
Makhachkala, Russia
Асварова Татьяна Азимовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: tatacvar@mail.ru
Гасанов Гасан Никуевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий лабораторией биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: nikuevich@mail.ru
Гимбатова Кабират Бадыровна - младший научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: tatacvar@mail.ru
Гаджиев Камиль Магомедович - кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: kamil5555372@mail.ru
Баширов Рашид Радифович - кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: pakduik100@mail.ru
Tatiana A. Asvarova - Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Laboratory of Biogeochemistry, Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia, e-mail: tatacvar@mail.ru
Gasan N. Gasanov - Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Head of the Laboratory of Biogeochemistry, Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia, e-mail: nikuevich@mail.ru
Kabirat B. Gimbatova - Junior Researcher, Laboratory of Biogeochemistry, Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia, e-mail: tatacvar@mail.ru
Kamil M. Hajiyev - Candidate of Agricultural Sciences, Researcher, Laboratory of Biogeochemistry, Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia, e-mail: kamil55553 72@mail. ru
Rashid R. Bashirov - Candidate of Agricultural Sciences, Junior Researcher, Laboratory of Biogeochemistry, Precas-pian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, Russia, e-mail: pakduik100@mail. ru
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
Абдулаева Айшат Саидмагомедовна - научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия, e-mail: aischat55@mail.ru
Aishat S. Abdulaeva - Researcher, Laboratory of Biogeo-chemistry, Precaspian Institute of Biological Resources, Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia, e-mail: aischat55@mail.ru
Ахмедова Заира Нажмутдиновна - научный сотрудник, лаборатория биогеохимии, Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, ул. Гаджиева, 45, г. Махачкала, Республика Дагестан, 367000, Россия
Zaira N. Akhmedova - Researcher, Laboratory of Biogeo-chemistry, Precaspian Institute of Biological Resources Dagestan Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, Gadzhieva St., 5, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367000, Russia
Представлены результаты исследований современного состояния азотного фонда (заповедный режим) Кизляр-ских пастбищ. Выявлено, что общий азот колеблется в пределах 0,15-0,2 %, азот легкогидролизуемый -2,4-5,3 мг/100 г в светло-каштановой, лугово-каштановой почвах и солончаке типичном, имеет среднюю и низкую степень обеспеченности. Гумусовый горизонт более обогащен азотом на почвах лугово-каштановой, светло-каштановой по сравнению с солончаком типичным. Запасы азота и углерода в почве зависят от климатических условий, весной их количество составляет соответственно 5,0 и 13,4 т/га, а осенью запасы ниже в 1,5 раза, что связано с уменьшением количества видов и проективного покрытия до 40-50 % осенью. На контрольном участке с интенсивным выпасом запасы азота и углерода в почве ниже в 1,6-1,8 раза.
Ключевые слова: N, запасы N и C, тип почвы, растительные ассоциации, продуктивность, пастбища.
The results of research on the current state of the nitrogen fund (reserve regime) the Kizlyar pastures. It was found that the total nitrogen ranges from 0.15-0.2 %, nitrogen easily hydrolyzed from 2.4-5.3 mg/100g in light-chestnut, meadow-chestnut soils and saline typical, and has a medium and low degree of security. The humus horizon is more enriched with nitrogen on soils of meadow-chestnut and light-chestnut compared to typical saline. N and C reserves in the soil in spring are 5.0 and 13.4 t/ha, respectively, and in autumn N and C reserves are 1.5 times lower, due to decrease the number of species and projected coverage up to 40-50% of phytocenoses in autumn, and also depends on the climatic conditions of the annual seasonality. In the control area with intensive grazing, nitrogen and carbon reserves in the soil are 1.6-1.8 times lower.
Keywords: N, N and C reserves, soil type, plant associations, productivity, pastures.
Среди причин деградации и опустынивания почвенно-растительного покрова полупустынных ландшафтов Кизлярских пастбищ представлены как природные (геоморфология, рельеф, почвооб-разующие породы, общая засушливость климата (ГТК 0,2-0,5), подверженность стабильным сильным иссушающим ветрам, близкое залегание минерализованных грунтовых вод и соленосных грунтов, преобладание почв легкого гранулометрического состава с низким содержанием органического вещества), так и антропогенные факторы (нерациональное использование пастбищных ресурсов в результате перевыпаса скота, приводящее к значительному снижению их продуктивности).
Антропогенная деградация Кизлярских пастбищ приводит к изменениям физико-химических свойств почв, практически всех показателей их качества - от запасов доступных форм питательных элементов К, Р, К, Са до изменения основных почвенных режимов.
Несмотря на достаточное количество работ по изучению концентрации азота в почвах СевероЗападного Прикаспия, данным азотного фонда, миграции и запасов азота в почвенном горизонте по
сезонности и годичности [1-9], исследования, определяющие современный уровень аккумуляции азота в мозаичном почвенном комплексе светло-каштановых, лугово-каштановых и солончаке типичном Кизлярских пастбищ в условиях повышенной пастбищной нагрузки, в публикациях практически отсутствуют.
Актуальность работы связана с недостаточной изученностью функционирования почв Кизлярских пастбищ на основе определения биопродуктивности, концентрации, запасов азота в результате антропогенной деградации почвенно-растительного покрова.
Цель работы - изучение концентрации, запасов азота в почвах полупустынных ландшафтов Кизлярских пастбищ.
Методы исследований
Исследования наземных экосистем Кизлярских пастбищ проводились на территории Кочубейской биосферной станции Прикаспийского института биологических ресурсов ДФИЦ РАН (КБС ПИБР ДФИЦ РАН). Изучались заповедные эксперимен-
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
тальные участки, где представлены три типа почв (светло-каштановые и лугово-каштановые карбонатные солончаковые почвы, солончак типичный), площадь участков - по 100 м2, обнесенных железной сеткой во избежание потрав фитомассы скотом. Каждый из участков был разбит на 100 постоянных площадок с помощью полиэтиленового шпагата. Площадка вне заповедных участков принималась в качестве фона (контроль). Такая разбивка сохранялась на весь период исследований (20112018 гг.). Образцы для определения азота в почвах отбирали два раза в год: апрель-май и август-сентябрь. С помощью GPS-навигатора были определены географические координаты светло-каштановой солонцеватой почвы: 44,40880 с.ш. и 46,24771 в.д.; лугово-каштановой солончаковатой почвы: 44,40720 с.ш. и 46,24727 в.д.
Определение общего азота в почвах проведено фотометрическим методом «индофеноловой зелени» по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), гидроли-зуемого азота - методом Тюрина и Кононовой [10].
Анализы почв по химическим и водно-физическим показателям, водной вытяжке, гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 2621391) проводились по известным методикам [11].
Запасы гумуса и азота в почвенном слое вычислены в т/га по формуле Q = m х h х dv, где Q - запасы гумуса или азота, т/га, для почвенного слоя h; m - содержание определяемого компонента, %; h -мощность почвенного слоя, 0-100 см; dv - плотность сложения почвенного слоя, г/см3.
Статистическая обработка результатов проводилась в Microsoft Ехсе1 2010.
Результаты исследований
На Кизлярских пастбищах годовая сумма осадков колеблется от 150 до 300 мм, максимальная температура воздуха в июле - августе составляет 40-45 °С, испарение влаги в эти же месяцы достигает 900-1000 мм.
В течение 2011-2018 гг. на экспериментальных участках наиболее стабильными ассоциациями являются эфемерово-полынные, злаково-полынные и раз-нотравно-солянковые фитоценозы. В данных сообществах выделяют синузии ранневесенних эфемеров и эфемероидов и разнотравно-солянковой синузии летне-осенних кустарников (полыни, солянки).
Растительный покров полупустынной зоны характеризуется ксерофитностью, изреженностью и комплексностью.
Выявлено, что ксерофитов на участке представлено от 42,8 до 63,6 %, преобладают эвксерофиты -от 20 до 31,8 %, являющиеся доминантами фитоце-нозов: полынь Лерха (Artemisia lercheana Web.ex
Stechm.), полынь таврическая (Artemisia taurica Willd.), парнолистник обыкновенный (Zygophyllum fabago), пажитник пряморогий (Trigonella polycerata M.), грыжник седой (Herniaria incana L.). Ксероме-зофитами являются эфемеры в весенний период: костер кровельный (Anisantha tectorum L.Nevski), полевичка малая (Eragrostic minor Host), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), ячмень заячий (Hordeum leporinum Link.), мортук восточный (Eremopyrom orientale (L.) (Jaub. et Spach), житняк пустынный (Agropyron desertorum Fisch. ex Lin Schult.), клоповник пронзенолистный (Lepidiumperfoliatum L.), % от общего числа видов составляет от 34,3 до 37. Псам-моксерофиты: рогач песчаный (Ceratocarpus arenar-ius L.). Галоксерофиты: курай-солянка иберийская (Salsola iberica Sennen et Ра^, марь красная (Cheno-podium rubrum L.) [12, 13].
Известно, что одним из источников азота в почве является почвенный азот. В составе гумуса (1/20 -1/40 часть процентного содержания) он в основном растениям недоступен. Однако в течение тёплого времени года часть гумуса (1-2 %) разлагается микроорганизмами, осуществляющими преобразование азота [14]. Зоогенный азот образуется за счет выделений живых организмов (аммиак, мочевина, мочевая кислота), но его меньше, чем азота, поступившего с опадом и корневым отпадом растений (1,7 г N/м2). Азот, улетучившийся в воздух, при рН 7,0 - 0 %, при рН 8,6 - 13 %, при рН 9,3 - 13 %, при рН 10,5 - 87 % [15]. Азот, попадающий с осадками из атмосферы на поверхность почвы за год, составляет 0,3-0,45 г/м2, в частности, в районе Ростова-на-Дону - 0,406-0,416 г/м2, т.е. 0,034 г/м2 в среднем в месяц [16]. Поступление азота из атмосферы составляет для региона исследований около 4 % от количества азота, поступающего с отмершими наземными и подземными органами растений в биоценозы со степными растительными ассоциациями, и около 9 % - в биогеоценозы с пустынными растительными ассоциациями [17].
Согласно данным [18-21], содержание общего азота в почвах Северо-Западного Прикаспия колеблется от 0,1 до 0,2 %. При рН 7,4-8 количество лег-когидролизуемого азота в почвенном слое 0-30 см составляет 34 мг/кг, в слое 30-50 см - 24 мг/кг. В светло-каштановых почвах залежных участков юго-восточных районов Ростовской области содержание нитратного азота (пастбище, целина) колеблется осенью в пределах от 0,22-0,25 до 0,91,2 мг/100 г. Запасы легко нитрифицирующегося азота в гумусовом горизонте 0-5 см степных почв составляют 2,34 мг/кг [18, 19]. В светло-каштановых почвах полупустынной зоны Волгоградской области содержание азота составляет 0,1-0,17 % [20]. В светло-каштановых почвах Ставропольско-
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
го края азот нитрификационной способности составляет 25-27,9 мг/кг, в каштановых - 27,830,8 [21]. В светло-каштановых почвах Дагестана содержание общего и гидролизуемого азота составляет соответственно 0,07-0,17 % и 3-4 мг/100 г почвы, в лугово-каштановых - 0,17-0,3 % и 3-6 мг/100 г почвы, в солончаках - 0,05-0,1 % и 1-2 мг/100 г почвы [6-9].
При этом надо отметить, что процессы мобилизации нитратного азота как в черноземах, так и в светло-каштановых почвах достаточно интенсивны [5]. Запасы общего азота в почвах полупустынной зоны России площадью 15 млн составляет 5,2 т/га (0-100 см).
В табл. 1 представлены физико-химические свойства светло-каштановой и лугово-каштановой почв Кизлярских пастбищ.
Таблица 1
Физико-химические свойства основных типов почв / Physical and chemical properties of the main types of soils
Показатель почвы Тип почвы
Светло- Лугово-
каштановая каштановая
Гумус, % 1,18 1,33
N общий, % 0,08 0,1
N гидролизуемый, мг/кг 49,4 52,6
Р2О5, мг/кг 0,53 0,84
К2О, мг/кг 30,8 33,8
Плотность, г/см3 1,18 1,18
Плотность твердой фазы 2,58 2,6
Пористость общая, % 52,2 52,2
Пористость аэрации, % 25,5 22,5
Наименьшая 18,8 23,6
влагоемкость, %
Водопроницаемость, мм/мин 1,41 1,26
ЕКО, мг/экв. 9,8 12,6
рН 7,1 7,4
Изучено влияние почвенных показателей светло-каштановой и лугово-каштановой почвы Кизлярских пастбищ: плотность, влагоемкость, емкость катионного обмена, рН, гумус, пористость на мобильность азота (табл. 2).
Параметры расчетов уравнений парной регрессии зависимости гидролизуемого азота от физико-химических свойств светло-каштановой и лугово-каштановой супесчаных малогумусированных почв показывают, что к увеличению гидролизуемого азота в лугово-каштановой почве по сравнению со светло-каштановой почвой приводит уплотнение лугово-каштановой почвы под доминантами многолетних растений полыни таврической и Лерха и др., повышение влагоемкости, емкости катионного обмена, рН, незначительно содержания гумуса и
уменьшение пористости. Значения коэффициентов регрессии в показывают, что на содержание гидро-лизуемого азота в почвах оказывают влияние их физико-химические свойства, которые расположены в следующей последовательности: плотность>влаж-ность>емкости катионного обмена>рН>пористость.
Таблица 2
Уравнения парной регрессии зависимости содержания гидролизуемого азота от физико-химических свойств светло-каштановой и лугово-каштановой почв / Pair regression equations for the dependence of hydrolyzed nitrogen content on the physical and chemical properties of light-chestnut and meadow-chestnut soils
Физико-химическое свойство почвы Уравнение регрессии Коэффициент регрессии, ß
Гумус, % Y = 0,046x-1,135 0,046
Плотность твердой фазы Y = 160x - 363.4 160
Пористость аэрации,% Y = -1,067x + 76,6 -1,067
Наименьшая влагоемкость, % Y = 1,5x - 55,3 1,5
ЕКО, мг/экв. Y = 0,875x - 33,425 0,875
рН Y = 0,093x - 2,4687 0,093
В табл. 3 представлены данные исследований концентрации и запасов азота в верхних горизонтах почв Кизлярских пастбищ (КБС) в заповедных условиях за 2011-2018 гг.
Содержание общего азота колеблется в пределах 0,15-0,20 % во всех типах почв. Горизонты 020 см лугово-каштановой (0,14-0,22 %) и светло-каштановой (0,18-0,24 %) почв более обогащены азотом весной, чем солончак типичный (0,110,19 %), коэффициент вариации азота в этих почвах соответственно 16,6, 14,5 и 18,6 %.
На содержание азота в изученных почвах влияют низкая емкость поглощения (15-30 мг-экв/100 г лугово-каштановой почвы и 5-12 мг-экв/100 г светло-каштановой почвы), реакция среды - слабощелочная (рН 7,3-8), количество гумуса (0,081,2 %) и илистой фракции. Почвы весной отличаются низкой степенью обеспеченности легкогидро-лизуемым азотом в корнеобитаемом слое для солончака типичного (3,8 мг/100г) и средней для лу-гово-каштановой (4,5 мг/100 г) и светло-каштановой почв (4,3 мг/100 г). Осенью содержание азота снижается, наблюдаются его колебания от 3,5 до 3,8 мг/100 г, согласно данным по Тюрину - Кононовой, где низкое содержание легкогидролизуемо-го азота <3,1-4,0 мг/100 г, среднее - <4,15,0 мг/100 г [22].
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
Таблица 3
Концентрация, %, в горизонте (0-20 см) и запасы, т/га, азота в почвах за 2011-2018 гг. (заповедный режим) / Concentration, %, in the horizon (0-20 cm) and reserves, t/ha, of nitrogen in soils for 2011-2018 (reserved regime)
Тип почвы
Элемент Светло-каштановая Лугово-каштановая Солончак типичный
M±m S V, % M±m S V, % M±m S V, %
N общий, 0,18±0,01 0,03 16,6 0,2±0,01 0,03 14,5 0,15±0,01 0,03 18,6
% 0,17±0,02 0,04 17,6 0,17±0,02 0,05 11,7 0,14±0,02 0,04 28,6
Запасы N, 4,3±0,11 0,25 5,81 4,7±0,1 0,24 5,10 3,4±0,17 0,37 10,9
т/га 4,0±0,12 0,28 7,0 4,0±0,11 0,25 6,25 3,2±0,19 0,42 13,1
N, л.г. 4,3±0,18 0,41 95 4,5±0,21 0,46 10,2 3,8±0,19 0,43 11,3
мг/100 г 3,5±0,20 0,45 12,8 3,8±0,22 0,49 12,9 3,5±0,22 0,48 13,7
% от N 24 23 26
общего 2,1 2,2 2,5
Примечание. В числителе - N % весной, в знаменателе - N % осенью; Х - средняя; ±т - ошибка средней; 8 - среднеквадратичное отклонение; V, % - коэффициент вариации.
Результаты исследований показывают существенное различие в содержании азота и углерода в светло-каштановой почве под различными растительными ассоциациями: 2011 г. - эфемероидно-полынно-злаковая; 2012 г. - злаково-солянковая; 2013 г. - полынно-солянково-злаковая (заповедный режим) (рис. 1).
Светло-каштановые почвы имеют среднюю степень обеспеченности азотом. Содержание колеблется с апреля по октябрь: в 2011 г. общего азота -от 0,21 до 0,17 %, легкогидролизуемого азота - от 48,4 до 40,3 мг/кг, углерода - от 0,42 до 0,41 %; в 2012 г. азота - от 0,37 до 0,32 % и от 38,9 до 37,7 мг/кг соответственно, углерода - от 0,57 до 0,51 %; в 2013 г. азота - от 0,05 до 0,04 % и от 42,2 и 36,8 мг/кг, углерода - от 0,39 до 0,21 %. Содержание азота в светло-каштановой почве в 2012 г. выше в 1,5-1,8 раза по сравнению с 2011 г. и в 4-7 раз выше, чем в 2013 г. Содержание легкогидроли-зуемого азота в почве весной несколько выше, чем осенью, в 2012 г. накопление азота ниже, чем в 2011 и 2013 гг. Величины соотношения С^ различаются существенно - от 2 до 7,8 (рис. 1).
Запасы азота в горизонте 0-60 см светло-каштановой почвы составили 12,6 т/га под злаково-солянковой растительностью (2012 г.), что превышает значения, полученные под эфемероидно-полынно-злаковой (2011 г.) и полынно-солянково-злаковой ассоциациями (2013 г.).
Запасы азота светло-каштановой почвы осенью
2011 и 2013 гг. уменьшаются по сравнению с весной, возможно, это объясняется высокими температурами воздуха (25-25,8 °С), выносом урожаем (рис. 2).
Запасы азота весной 2011 г. (5,0 т/га) и осенью
2012 г. (5,5 т/га) в почвах выше по сравнению с сезонной годичностью 2011-2013 гг. (рис. 2).
Значительному урожаю и накоплению азота на участках в заповедных условиях способствовали благоприятные гидротермические условия в эти периоды. Весной 2011 г. средняя температура воздуха составила 15,2-17,8 °С, влажность почвы -62-76,6 %, запасы азота - 5,0 т/га, содержание легкогидролизуемого азота - 4,3 мг/100 г, P2O5 - 14,2, К2О - 303 мг/кг, что способствовало высокой урожайности эфемеров и эфемероидов (1,57 т/га) и сенокошению трав, что нехарактерно для полупустынных ландшафтов Кизлярских пастбищ. Снижение в почве гидролизуемого азота (3,5 мг/100 г), P2O5 - 10,6, К2О - 282 мг/кг в осенний период объясняется выносом значительного количества этих элементов урожаем фитомассы.
Максимальная продуктивность фитоценозов в 2012 г. колеблется осенью от 2,11 до 6,95 т/га на светло-каштановой почве при /увлажненности до 203,8 за июнь - август; весной - от 0,1 до 0,17 т/га при /засушливости климата 37,3, менее благоприятном для растений. Продуктивность фитоценозов в июле-августе 2012 г. в 21-41 раз выше, чем в апреле-мае. В августе-сентябре 2012 г. доминирует полынно-солянковая ассоциация. При очевидной смене доминирующих видов в сообществе доминантом становится солянка иберийская (курай) (Salsola iberica) (95-97 % всей территории пастбищ), оказавшаяся более солевыносливой и засухоустойчивой. Питательных элементов в 2012 г. почвы накопили меньше, чем в 2011 г.: азота гидролизуемого -на 9,9 %, P2O5 - на 9,2, K2O - на 3,4. В 2013 г. при Увлажненности 7,3, температуре воздуха 27,4 °С, урожайности 3,63 т/га запасы азота весной и осенью (3,2 и 2,6 т/га) меньше, чем в 2011-2012 гг. (рис. 2 и табл. 3).
На контрольном участке (светло-каштановая почва, находящаяся под действием интенсивного
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
выпаса скота) происходит значительное уменьшение запасов углерода и азота в 1,6-1,8 раза и составляет соответственно 2,6 и 6,7 т/га. Различия запасов азота в 2011-2013 гг. связаны с урожайностью фитоценоза, климатическими условиями, в частности с количеством осадков и формируемыми ими запасами влаги, оказывающими существенное влияние на накопление азота и других питательных элементов в почве. В дополнение к вышесказанному приведены уравнения множественной регрессии зависимости содержания азота от урожайности фитомассы и климатических факторов (табл. 4).
В результате расчетов получены уравнения множественной регрессии. Установлено, что для светло-каштановой почвы весной увеличение X1 (урожайность фитомассы на 1 т/га) приводит к увеличению Y (запасов азота) в среднем на 1,23 т/га, а осенью - в среднем на 1,49 т/га; для лугово-каштановой - на 0,18 т/га весной и 10,3 т/га осенью. Таким образом, наибольшее влияние на результат запаса азота в почвах оказывает фактор урожайности фитомассы. Статистическая значимость уравнения проверена с помощью коэффициента детерминации. Установлено, что в исследуемой ситуации 99,8 и 88,3 % общей вариабельности запаса азота в почвах объясняется изменением факторов урожайности фитоценоза.
Таблица 4
Уравнения множественной регрессии зависимости содержания азота от урожайности фитомассы и климатических факторов на светло-каштановой и лугово-каштановой почвах 2011 г. (заповедный режим) / Multiple regression equations for the dependenceof nitrogen content on the yield of phytomass and climatic factors on light-chestnut
and meadow-chestnut soils in 2011 (reserved regime)
Рис. 1. Концентрация N и C, %, в светло-каштановой почве в сезоны весной (май-апрель) и осенью (сентябрь-октябрь) под следующими растительными ассоциациями: 2011 г. - эфемероидно-полынно-злаковая; 2012 г. - злаково-солянковая; 2013 г. - полынно-солянково-злаковая / Fig. 1. Concentration of N and C, %, in light chestnut soil in the seasons of Spring (May-April) and Autumn (September-October) under the following plant associations: 2011 - ephemeroid-wormwood-cereal; 2012 - cereal - saltwort; 2013 wormwood-saltwort-cereal
■ N. i ra ■фитомасса. гга GD сумма ослдо[, мм ■ температура воздуха.
2011 г
Весна
Осень
2012 г. Весна Осень
2013 г. Весна Осень
Рис. 2. Зависимость запасов азота в слое 0-60 см светло-каштановой почвы от температуры воздуха и количества осадков за 2011-2013 гг. КБС / Fig. 2. Dependence of nitrogen reserves in the 0-60 cm layer of light-chestnut soil on air temperature and precipitation for 2011-2013 KBS
Сезон Тип почвы Гху R2 Уравнение регрессии
Весна Светло-каштановая 0,98 0,98 Y = 0,092 + 1,23X1-0,001X2-0,003X3
Лугово-каштановая 0,86 0,88 Y = 1,35 + 0,18X1-0,002X2 + 0,008X3
Осень Светло-каштановая 0,97 0,93 Y = 0,63 + 1,49X1 + 0,001X2-0,003X3
Лугово-каштановая 0,8 0,83 Y = -3,95 + 10,3X1-0,03X2-0,02X3
Примечание. Гху - коэффициент корреляции; Я2 - коэффициент детерминации; у - запасы К, т/га; Х1 - урожайность воздушно-сухой фитомассы, т/га; Х2 - ^осадки, мм; Хз - температура воздуха, °С
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
Результаты исследований совпадают с данными авторов [23]. На участке с обычной пастьбой за 3 года произошло уменьшение запаса гумуса в слое 0-50 см на 2,1 т/га, на сильноэродированном участке - на 4,6 т/га, из них 3,95 т/га приходится на верхний слой (0-10 см). По данным Д.С. Орлова [24], потери гумуса для почв Дагестана связаны с уменьшением количества растительных остатков, поступающих в почву, усилением минерализации гумуса при орошении, потерями гумуса в результате водной и ветровой эрозии и недостаточного применения органических удобрений.
Полученные данные совпадают и с результатами исследований авторов [18], по которым содержание минерального азота в каштановых почвах Ростовской области к осени уменьшается в связи со снижением биологической активности и климатическими показателями. Также установлено, что к осени происходит снижение рН почв, что может быть связано с поступлением органических веществ.
Результаты исследований концентрации азота в почвах Кизлярских пастбищ в заповедных условиях (снятие выпаса и сенокошения) 2011-2018 гг. показывают увеличение накопления и запасов общего и легкогидролизуемого азота и его перераспределение, возможно, в результате перехода азота из трудногидролизуемой фракции в более мобильные (минеральная и легкогидролизуемая) за счет повышения урожайности по сравнению с территорией с бессистемным выпасом скота.
Полученные данные исследований позволяют оценить азотный фонд и особенности накопления азота в различных типах почв Кизлярских пастбищ в заповедных условиях без антропогенной нагрузки, что помогает в поиске путей сохранения плодородия почв региона и разработке мероприятий по повышению продуктивности фитоценозов.
Заключение
Изучены основные характеристики светло-каштановой и лугово-каштановой почв Кизлярских пастбищ: плотность, влагоемкость, емкость катионного обмена, рН, гумус, пористость на мобильность азота. Установлено, что на содержание гидролизуемого азота в почвах оказывают влияние их физико-химические свойства, которые расположены по мере уменьшения их влияния: плотность>влажность>ём-кость катионного обмена>рН>пористость.
Выявлено, что общий азот в светло-каштановой, лугово-каштановой почвах и солончаке типичном колеблется в пределах 0,15-0,2 %, легкогидролизуе-мый азот - от 2,4-5,3 мг/100 г при низкой и средней степени обеспеченности (заповедный режим). Обна-
ружено, что гумусовый горизонт лугово-каштановой почвы (5,5 т/га) под полынно-злаковой и светло-каштановой почвы (5,0 т/га) под эфемероидно-по-лынно-злаковыми ассоциациями более обогащен азотом по сравнению с солончаком типичным (3,8 т/га) под разнотравно-кострово-петросимоние-вой ассоциацией. Выявлено, что запасы азота и углерода в почве весной составляют около 5 т/га азота и 13,4 т/га углерода, а осенью запасы азота и углерода ниже в 1,5 раза, что связано с уменьшением количества видов и проективного покрытия фитоценоза до 40-50 %, а также находится под влиянием гидротермических условий. На контрольном участке с интенсивным выпасом скота запасы азота и углерода в почве ниже в 1,6-1,8 раза.
Различия запасов азота в 2011-2018 гг. связаны с урожайностью фитоценоза, климатическими условиями, количеством осадков и формируемыми ими запасами влаги, оказывающими существенное влияние на накопление азота и других питательных элементов в почве. Необходимо отметить, что причинами деградации являются последствия нерационального использования Кизлярских пастбищ по сравнению с территорией горных районов. Результаты исследований показывают, что заповедные условия при отсутствии или несистемном выпасе скота (перегон на горные отгонные пастбища) повышают продуктивность пастбищ, способствуют накоплению питательных веществ азота, фосфора, калия, улучшают состояние и качество засушливой территории Кизлярских пастбищ.
Литература
1. Баламирзоев МА., Мирзоев Э.М-Р., Аджиев А.М., Муфараджиев К.Г. Почвы Дагестана. Экологические аспекты их рационального использования. Махачкала: Даг. кн. изд-во, 2008. 336 с.
2. Kulakova N. Y. Impact of plant species on the formation of carbon and nitrogen stock in soils under semi-desert conditions // European J. of Forest Research. 2012. Vol. 131, № 6. P. 1717-1726.
3. Кулакова Н.Ю., Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д. Элементы круговорота С и N в природных и антропогенных экосистемах полупустыни Северного Прика-спия // Аридные экосистемы. 2017. Т. 23, № 1 (70). С. 17-25.
4. Абатуров Б.Д., Кулакова Н.Ю. Роль выпаса животных и степных палов в круговороте азота и зольных элементов в степных пастбищных экосистемах // Аридные экосистемы. 2010. Т. 16, № 2. С. 54-64.
5. Кулакова Н.Ю. Распределение запасов углерода и азота в лугово-каштановых почвах Северного При-каспия в естественных степных растительных сообществах и в лесных насаждениях // Вестн. ВГУ. 2014. № 1. С. 47-52.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
6. Саидов А.К. Опустынивание почв водно-аккумулятивных равнин аридных областей России на примере почв Кизлярских пастбищ Дагестана : авто-реф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2009. 40 с.
7. Баламирзоев М.А., Котенко М.Е. Экологические аспекты эволюции почв дельтовых районов Западного Прикаспия // Юг России: экология, развитие. 2009. № 4 (4). С. 200-204.
8. Залибеков З.Г. Опыт экологического анализа почвенного покрова Дагестана. Махачкала: Прикаспийский ин-т биол. ресурсов, 1995. 146 с.
9. Гасанов Г.Н. Научные основы повышения плодородия почв Западного Прикаспия. Махачкала: ДГСХА, 2005. 258 с.
10. Практикум по агрохимии / Б.А. Ягодин, И.П. Дерюгин, Ю.П. Жуков, В.А. Демин, А.В. Петербургский, В.В. Кидин, А.Ф. Слипчик, А.И. Кулюкин, С.М. Саблина. М.: Агропромиздат, 1987. 275 с.
11. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1962. 491с.
12. ГасановГ.Н., Асварова ТА., Гаджиев К.М., Баши-ров Р.Р., Абдулаева А.С., Ахмедова З.Н., Салихов Ш.К. Видовой состав и продуктивность пастбищных фитоце-нозов Терско-Кумской низменности (на примере Кочу-бейской биосферной станции ПИБР ДНЦ РАН) // Растительные ресурсы. 2017. № 53 (4). С. 459-475.
13. ГасановГ.Н., Асварова ТА., ГаджиевК.М., Баши-ров Р.Р., Абдулаева А.С., Ахмедова З.Н., Салихов Ш.К., Семенова В.В., Шайхалова Ж.О. Аккумуляция калия и кальция растительными ассоциациями пастбищных фи-тоценозов Терско-Кумской низменности // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2019. № 1. С. 46-56. Бо1: 10.23683/0321-3005-2019-1-46-55.
14. Блэк К.А. Растение и почва / пер. с англ. Э.И. Шконде. М.: Колос, 1973. 504 с.
15. Абатуров Б.Д. Кормовые ресурсы, обеспеченность пищей и жизнеспособность популяций растительноядных млекопитающих // Зоол. журн. 2005. Т. 84, № 10. С. 125-127.
16. Бобрицкая МА. Поступление азота в почву с атмосферными осадками в различных зонах европейской части СССР // Почвоведение. 1962. № 12. С. 5-61.
17. Кулакова Н.Ю., Абатуров Б.Д. Элементы круговорота азота в ландшафтах Северного Прикаспия // Поволжский экол. журн. 2010. № 2. С. 151-159.
18. Симонович Е.И., Гончарова Л.Ю. Некоторые закономерности сезонной динамики почвенной биоты и агрохимических показателей в каштановых почвах юго-востока Ростовской области // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 2. С. 277-282.
19. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов н/Д.: Эверест, 2008. 216 с.
20. Дегтярева Е.Т. Агропроизводственная группировка и характеристика почв Волгоградской области : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М., 1975. 30 с.
21. Войсковой А.И. Оценка адаптивных и хозяйственно-биологических особенностей озимой пшеницы в сортоиспытании на черноземных и каштановых
почвах Ставропольского края : дис. ... канд. с.-х. наук. Ставрополь, 1996. 158 с.
22. Практикум по агрохимии / под ред. В.Г. Мине-ева. М.: МГУ, 2001. 689 с.
23. Усманов Р.З., Осипова С.В. Накопление органической массы агроценозом в почвах Терско-Кумской низменности при естественных и антропогенных условиях // Юг России: экология, развитие. 2009. № 3. С. 97-100.
24. Орлов Д. С. Химия почв. М.: Изд-во МГУ, 1985. 376 с.
References
1. Balamirzoev M.A., Mirzoev E.M-R., Adzhiev A.M., Mufaradzhiev K.G. (2008). Soil of Dagestan. Environmental aspects of their rational use. Makhachkala, Dagestan Book Publishing House, 336 p. (in Russian).
2. Kulakova N. Y. (2012). Impact of plant species on the formation of carbon and nitrogen stock in soils under semi-desert conditions. European Journal of Forest Research, vol. 131, No. 6, pp. 1717-1726.
3. Kulakova N. Y., Abaturov B. D., Nukhimovskaya Y. D. (2017). Elements of the C and N cycle in natural and anthropogenic ecosystems of the Northern Caspian semi-desert. Aridnye ekosistemy, vol. 23, No. 1 (70), pp. 17-25. (in Russian).
4. Abaturov B. D., Kulakova N. Y. (2010). Role of animal grazing and steppe logs in the cycle of nitrogen and ash elements in steppe pasture ecosystems. Aridnye ekosistemy, vol. 16, No. 2, pp. 54-64. (in Russian).
5. Kulakova N. Y. (2014). Distribution of carbon and nitrogen reserves in meadow-chestnut soils of the Northern Precaspian in natural steppe plant communities and in forest stands. Vestnik VSU, No. 1, pp. 47-52. (in Russian).
6. Saidov A. K. (2009). Desertification of soils of water-accumulative plains of arid regions of Russia on the example of soils of Kizlyar pastures of Dagestan. Dissertation Thesis. Moscow, 40 p. (in Russian).
7. Balamirzoev M. A., Kotenko M. E. (2009). Ecological aspects of soil evolution in the Delta regions of the Western Caspian sea. Yug Rossii: ekologiya, razvitie, No. 4 (4), pp. 200-204. (in Russian).
8. Zalibekov Z. G. (1995). Experience of ecological analysis of the soil cover of Dagestan. Makhachkala, Caspian Institute of Biological Resources Press, 146 p. (in Russian).
9. Gasanov G. N. (2005). Scientific bases of increasing soil fertility in the Western Caspian sea. Makhachkala, DSAA Press, 258 p. (in Russian).
10. Practicum on agrochemistry. (1987). B. A. Ya-godin, I. P. Deryugin, Yu. P. Zhukov, V. A. Demin, A.V. Peterburgsky, V. V. Kidin, A. F. Slipchik, A. I. Kulyukin, S. M. Sablina. Moscow, Agropromizdat Publ., 275 p. (in Russian).
11. Arinushkina E. V. (1962). Guide to chemical analysis of soils. Moscow, MSU Press, 491 p. (in Russian).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2020. No. 4
12. Gasanov G.N., Asvarova T.A., Gadzhiev K.M., Bashirov R.R., Abdulayeva A.S., Akhmedova Z.N., Salikhov Sh.K. (2017). Species composition and productivity of pasture phytocenoses of the Tersk-Kum lowland (on the example of the Kochubey biosphere station of the PIBR DNC RAS). Rastitel'nye resursy, No. 53 (4), pp. 459-475. (in Russian).
13. Hasanov G.N., Asvarova T.A., Gadzhiev K.M., Bashirov R.R., Abdulayeva A.S., Akhmedova Z.N., Salikhov Sh.K., Semenova V.V., Shaikhalova Zh.O. (2019). The accumulation of potassium and calcium in plant associations of grassland plant communities of Terek-Kuma lowland. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki (Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science), No. 1, pp. 46-56, doi: 10.23683/0321-3005-2019-1-46-55. (in Russian).
14. Black K.A. (1973). Plant and soil. Transl. by I. Shkonde. Moscow, Kolos Publ., 504 p. (in Russian).
15. Abaturov B.D. (2005). Forage resources, food security and viability of populations of herbivorous mammals. Zool. zhurn, vol. 84, No. 10, pp. 125-127. (in Russian).
16. Bobritskaya M.A. (1962). Nitrogen input into the soil with atmospheric precipitation in various zones of the European part of the USSR. Pochvovedenie, No. 12, pp. 5-61. (in Russian).
17. Kulakova N. Y., Abaturov B. D. (2010). Elements of the nitrogen cycle in the landscapes of the Northern
Precaspian. Povolzhskii ekol. zhurn., No. 2, pp. 151-159. (in Russian).
18. Simonovich E.I., Goncharova L.Y. (2016). Some regularities of seasonal dynamics of soil biota and agro-chemical indicators in chestnut soils of the South-East of the Rostov region. Sovremennye problemy nauki i obra-zovaniya, No. 2, pp. 277-282. (in Russian).
19. Valkov V. F., Kazeev K. Sh., Kolesnikov S.I. (2008). Soil of the South of Russia. Rostov-on-Don, Everest Publ., 216 p. (in Russian).
20. Voiskovoy A.I. (1996). Assessment of adaptive and economic and biological features of winter wheat in variety testing on chernozem and chestnut soils of the Stavropol territory. Dissertation Thesis. Stavropol, 158 p. (in Russian).
21. Degtyareva E.T. (1975). Agroproduction grouping and soil characteristics of the Volgograd region. Dissertation Thesis. Moscow, 30 p. (in Russian).
22. Workshop on agrochemistry. (2001). V.G. Mineev (Ed.). Moscow, Moscow State University Press, 689 p. (in Russian).
23. Usmanov R.Z., Osipova S.V. (2009). Accumulation of organic mass by agrocenosis in the soils of the Tersk-Kum lowland under natural and anthropogenic conditions. Yug Rossii: ekologiya, razvitie, No. 3, pp. 97100. (in Russian).
24. Orlov D. S. (1985). Soil chemistry. Moscow, MSU Press, 376 p. (in Russian).
Поступила в редакцию /Received
17 апреля 2020 г. /April 17, 2020
