CC BY
20
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2017, том 23, № 4(73), с. 11-21
=—=——— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ======
УДК 574.9+574.472
МЕЖКОМПОНЕНТНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ В СОЛОНЦОВОМ ПРИРОДНОМ КОМПЛЕКСЕ СЕВЕРНОЙ САРПИНСКОЙ РАВНИНЫ
(РЕСПУБЛИКА КАЛМЫКИЯ)1
© 2017 г. Н.М. Новикова*, М.В. Конюшкова**' ***, С.С. Уланова****
*Институт водных проблем РАН Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. Е-mail: nmnovikova@gmail.com **Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россия, 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7, стр. 2. Е-mail: mkon@inbox.ru ***Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1 ****Институт комплексных исследований аридных территорий Россия, 358005, Республика Калмыкия, г. Элиста, ул. Хомутникова, д. 111 Е-mail: svetaulanova@yandex.ru
Поступила 18.09.2016
На ключевом участке в Калмыкии, расположенном в пределах физико-географического района Северной Сарпинской низменной равнины в зоне светло-каштановых почв, подзоне опустыненных степей, были проведены детальные почвенно-геоботанические исследования вдоль трансекты длиной 64 метра с сопряженным анализом микрорельефа, растительности, почв и дистанционной информации (детального снимка Quickbird). Вдоль трансекты на каждом метре закладывались геоботанические площадки, почвенные прикопки и скважины глубиной 1-2 м. Анализполученных данных показал, что корреляция почв и растительных сообществ тесная (r=0.72), а с микрорельефом низкая (r=0.42 и r=0.36 соответственно). Ряд видов: Falcaria vulgaris, Limonium caspium, Agropyron desertorum, Stipa lessingiana, Artemisia lerchiana, Festuca valesiaca, Tanacetum achilleifolium, - никода не встречается на корковых солонцах, первые четыре вида никогда не встречаются и на мелких солонцах, а первые два никогда не встречаются на солонцовых почвах. Еще ряд видов: Kochia prostrata, Artemisia pauciflora, Anabasis aphylШ, Bassia sedoides, - в своем распространении приурочен преимущественно к мелким и корковым солонцам и почти не встречается на других типах почв. Данные по укосам хорошо коррелируют со значениями вегетационного индекса NDVI (r=0.77). Состояние растительности, отраженное на снимке через показатель NDVI, четко определяется эдафическими условиями, в первую очередь, почвенной разностью.
Ключевые слова: Россия, Прикаспийская низменность, солонцовые комплексы, микрорельеф, почвы, растительность, сопряженность в распространении, детальная космическая съемка.
Солонцовые комплексы на европейской части России приурочены в основном к Прикаспийской низменности и прилегающим к ней Манычской ложбине, Ергенинской возвышенности, южной части Приволжской возвышенности и низменного Заволжья (рис. 1). В административном отношении солонцовые комплексы сконцентрированы в Калмыкии, Волгоградской и Саратовской областях, частично в Ростовской, Астраханской и Оренбургской областях. Площадь солонцовых комплексов в пределах европейской части России составляет 41 млн. га, а собственно солонцов - 9.4 млн. га (Хитров и др., 2009).
Для этих территорий характерен микрозападинный рельеф с небольшими перепадами высот в рельефе (до 50 см), создающий микрокомплексность почвенного и растительного покрова, в результате чего в пространстве на разных элементах микрорельефа соседствуют резко
1 Работа выполнена по теме НИР ИВП РАН 1.3.8 за 2013-2017 гг. и при поддержке Российского научного фонда (в части сопоставления дистанционных данных и почвенно-геоботанической информации, грант № 15-1630007).
контрастирующие друг с другом растительные сообщества и почвы. Присутствие среди указанных компонентов солонцовых почв характерной для них растительности и дало название этим комплексам - «солонцовые».
Рис. 1. Картосхема распространения солонцов в пределах европейской части России (Хитров и др., 2003).
Характеристике солонцовых комплексов посвящено много научных публикаций (Будина, 1964; Бананова, Горбачев, 1977; Борликов, 2001; Генезис и мелиорация ..., 2008; Новикова и др., 2010). Принято считать, что между рельефом, состоянием растительности, почвенными выделами и почвенными свойствами существует тесная связь. Поэтому растительность часто используется в качестве индикатора почв. Эта особенность солонцовых комплексов широко применяется при картографировании, поскольку на аэро- и космоснимках разного масштаба и разрешения растительный покров легко читается с помощью визуального дешифрирования. Однако в настоящее время при применении автоматизированных методов дешифрирования на первый план выходят такие показатели дистанционной съемки, которые легко рассчитываются и четко коррелируют с классом и свойствами изучаемых объектов. В связи с этим поиск информативных параметров, оценка тесноты связей и ее количественного выражения приобретают особую актуальность.
В настоящей работе решались задачи по количественной оценке тесноты взаимосвязи компонентов и свойств солонцового комплекса (рельефа, почв, растительности и таких ее характеристик, как общее проективное покрытие, высота растений, надземная фитомасса), определению тесноты взаимосвязи типов почв и видов доминирующих растений, приуроченности их к разным элементам микрорельефа. Кроме того, рассматривалась корреляция компонентов солонцового комплекса и их характеристик со значениями вегетационного индекса КБУ!
Материалы, методы и район исследований
Район исследований. Опытный участок для изучения солонцовых комплексов был заложен на правобережье Волги, в пределах физико-географического района Северной Сарпинской низменной равнины (Доскач, 1979), в районе пос. Ики-Манлан с координатами 48.0° с.ш., 45.5° в.д. и абсолютной высотой 8 м н.у.м. БС. Административно участок расположен в Малодербетовском
районе Калмыкии, близко к границе с Астраханской областью (рис. 1). На этой территории участие солонцов в комплексе составляет 25-50% и более (Хитров и др., 2003).
Согласно типизации солонцовых комплексов, разработанной В.М. Фридландом (Буяновский и др., 1956) и модифицированной Л.П. Будиной (1964), изученный нами комплекс относится к типу остепняющихся луговато-степных со сглаженным микрорельефом. Заложенные нами весной 2011 г. (25 апреля) скважины глубиной 6 м не дошли до грунтовых вод, а судя по данным содержания влаги в почвах, капиллярная кайма также не была достигнута, что позволяет предположить, что уровень грунтовых вод на исследованном участке превышает 9 м, грунтовые воды не используются растительностью и не участвуют в почвообразовательном процессе.
Материалы и методы. Материалы для исследования были получены во время полевых работ 2010 и 2011 гг. Из центра одной округлой западины (микропонижения) до центра другой весной 2010 г. был проложен инструментальный нивелирный ход (рис. 2) и вдоль него проведена трансекта шириной 1 м и длиной 64 м. На трансекте в пределах каждого метра (на площадке 1х1 м) были выполнены геоботанические описания и сделаны укосы для определения надземной фитомассы (живой, ветоши, подстилки); рядом с каждой геоботанической площадкой была сделана прикопка для определения типа и подтипа почв, влажности на глубину до 1 м. Весной и осенью 2011 г. наблюдения были повторены.
Нивелирный ход позволил получить характеристику рельефа и связать все данные измерений растительности и почв на трансекте между собой и с рельефом, и дать количественную оценку взаимосвязи компонентов солонцового комплекса и их характеристик на основании их сопряженных встреч методом парной корреляции. Для этой цели использовалась статистическая функция «КОРРЕЛ» в программе Excel. Для оценки полученных коэффициентов корреляции на качественном уровне, воспользовались подходом, изложенном в работе Е.А. Дмитриева (1995): очень тесной связью считали случаи, при которых коэффициент корреляции (r) был выше 0.85 (при этом изменчивость признаков взаимосвязана примерно на 75% и более). Тесная связь - при коэффициенте 0.85-0.7 (взаимосвязанная изменчивость 75-50%), и слабая -при коэффициенте менее 0.7 (совместная изменчивость менее, чем 50%).
При построении графика рельефа (рис. 2) за ноль на оси высотных отметок (у) принята отметка самой заглубленной точки (64), таким образом все высотные отметки имеют относительную высоту.
При изучении характера распространения встреченных разновидностей почв и растительных сообществ для каждой почвы и растительного сообщества была оценена их представленность на трансекте через показатель, который рассчитывался как доля в процентах участков, на которых были встречены та или иная почва или растительное сообщество от общего количества участков (64) на трансекте, а также оценена приуроченность почв и растительности к разным элементам микрорельефа через показатель, который рассчитывался как доля в процентах числа встреч данной почвы или растительного сообщества на элементе микрорельефа от общего числа участков с этим элементом на трансекте.
Надземная фитомасса - хороший индикатор компонентов солонцового комплекса при работе с материалами дистанционного зондирования. В работе оценивались значения запасов надземной фитомассы на разных элементах микрорельефа и анализировалось их изменение в разные сезоны 2010 и 2011 гг.
Возможность использования того или иного вида растения в качестве показателя типа почвы определялась по таким характеристикам, как: 1 - присутствие вида на территории, что оценивалась через представленность этого вида на трансекте; 2 - верность, которая определялась через тесноту связи вида с разными типами почв; и 3 - фитоценотическая значимость. Представленность оценивалась как доля в процентах числа участков, на которых был встречен данный вид от общего числа участков (64) на трансекте; теснота связи определялась как доля в процентах числа совместных встреч типа почвы и вида растения от всего числа участков, на которых встречен данный тип почвы. Фитоценотическая значимость вида оценивалась в поле по шкале Друде на каждом участке, где был встречен вид, затем значения переводились в баллы (sol - 2, sp - 3, cop - 4).
Наземные данные сопоставлялись со спектральными параметрами и расчетным вегетационным индексом NDVI по детальному снимку Quickbird (разрешение 2.4 м, дата съемки 21. 08. 2007) с использованием дисперсионного анализа. Основной задачей проведенного сопоставления было оценить влияние пространственной структуры почвенного и растительного покрова на дистанционные показатели, что позволило использовать имеющуюся архивную космическую информацию, не синхронную проведенному наземному обследованию. Латинские названия растений приведены согласно сводке С.К. Черепанова (1995).
Высота, см
Трансекта, метры
1 2 3 4 5 б 7 8 9 101112 1314 1516171819 20 212223 24 25 2627 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 5152 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64
А 1 2 1 2 4 3 4 2 4 2 4 3 7 6 5 4 2 1 2
I 4 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3
П 3 3 3 3 2 2 2 3 2 3 3 3 3 2 3 2 3 3 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 2 3 4 3 3 2 2 2 2 2 2
Ш 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
IV 2 2 3 3 2 3 2 3 3 2 2 3 2 2 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
V 2 3 3 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2
VI 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3
vn 2 2 2 2 2 2 2 2
\TII 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2
Б 1 2 3 б 5 3 б 7 б 5 4 2
К О со S
я о
со
>
§
к
5
В я о
со
>
3
о
со
>
>
'"d S to I tr
1-4
w
<JÍ «
o
o s o
4
M
Ю o
н o
ю
OJ £
OJ
А Растительные сообщества
1 *Stipa lessingiana+Festuca valesiaca +A rtemisia lerchiana
2 Stipa lessing. +Festuca vales. +Tanacetum achilleifolium
3 Festuca vales. +Artemisia lerch. +Tanacetum achilleifolium
4 Artemisia lerch. +Tanacetum achilL +.Artemisiapauciflora
5 Kochiaprostrata+Artemisiapauciflora
6 Artemisia pauciflora
7 Anabasis aphylla-Poa bulbosa
Виды растений
I Stipa capillata П Festuca valesiaca Ш Tanacetum achilleifolium IV Artemisia lerhiana
V Kochia prostrata
VI Artemisia pauciflora
VII Anabasis aphylla VE! Poa bulbosa
цифры* 2,3,4, -баллы
- данные приведены в горизонтальной строке
Б Почвы
I* Кл - лугово-капгтановая 2К1 - светло-капггановая ЗК1сн- светло-капггановая солонцовая 4СНЗ - солонец глубокий 5СН2 - солонец средний 6СН1 - солонец мелкий 7СН0 - солонец корковый
Рис. 2. Микрорельеф и данные по растительности и почвам на трансекте.
Результаты и их обсуждение
Микрорельеф. Как видим на рисунке 2, размах амплитуды высотных отметок на трансекте составляет 19 см, и рассматриваемый участок имеет подъем от начала к 14 метру, а затем - уклон к его концу. Разница в высотных отметках соседствующих точек метровых расстояний относительно друг друга на протяжении всего трансекта колеблется от 2 до до 8.8 см. Далее в тексте эти элементы микрорельефа названы «повышениями» и «понижениями», а соединяющие их отрезки - «склонами».
Самая высокая точка профиля (36-й метр, 19 см) располагается почти в его середине и образована выбросом из сусликовины. Его относительное превышение (точки 35-38) над прилегающими участками составляет 8.8 см. Самые пониженные точки располагаются в начале (точки 1, 2, 3) и конце трансекты (точки 60-64) в понижениях, заглубленных относительно самой высокой отметки соответственно на 14.5 и 19 см. Они относятся к элементу рельефа «микрозападины».
Почвы. На трансекте были встречены следующие разновидности почв (рис. 2): лугово-каштановые (Кл), светло-каштановые несолонцеватые (К1), светло-каштановые солонцеватые (К1сн), солонцы корковые (СН0 - надсолонцовый горизонт - 0-5 см), мелкие (СН1 - 5-10 см), средние (СН2 - 10-15 см), глубокие (СН3 >15 см). Наиболее широко распространены светло-каштановые солонцеватые почвы, солонцы мелкие и светлокаштановые несолонцеватые почвы (табл. 1). На первой половине трансекты (рис. 2), до 35 м распространены преимущественно каштановые почвы (в том числе и солонцеватые), в то время как во второй половине до 51 м, - исключительно солонцы, а далее, начиная с 55 м, на пониженном участке, они вновь сменяются каштановыми солонцеватыми. Для солонцов Сарпинской равнины характерно преимущественно хлоридное и сульфатно-хлоридное засоление (Новикова и др., 2010). Гипс практически отсутствует.
Таблица 1. Распространение почв на трансекте: сопряженность с элементами микрорельефа и представленность.
Почва Сопряженность с элементом микрорельефа, %* Кол-во встреч (участков) Представленность** на трансекте, %
вершины склоны понижения
Кл 25 0 75 4 6
К1 17 58 25 12 19
К1сн 21 58 21 19 30
СН3 0 0 100 2 3
СН2 75 0 25 4 6
СН1 34 33 33 18 28
СН0 20 60 20 5 8
Примечания к таблице 1: * - доля в проектах числа участков, где встречена почва на данном элементе микрорельефа от общего числа участков этой почвы на трансекте; ** - доля в процентах общего числа участков с данной почвой на трансекте, от общего числа участков (64) на трансекте.
Рассмотрение сопряженности почв с элементом микрорельефа (табл. 1) показывает, что каждая из них может быть встречена почти на любом элементе рельефа. Исключение составляют: лугово-каштановые почвы (Кл), не встречающиеся на склонах и приуроченные преимущественно к понижениям; глубокие солонцы (СН3), распространенные крайне редко и встречающиеся только в понижениях; средние солонцы (СН2), встречающиеся также редко, но преимущественно на повышениях. Подобная картина отмечалась и в работе Н.Б. Хитрова (2005) для солонцового комплекса Джаныбекского стационара.
Растительность. В ботанико-географическом отношении рассматриваемый район располагается в подзоне опустыненных степей (Лавренко, 2000; Сафронова, 2002) и основным типом растительности являются полынно-злаковые комплексы. Растительность, встреченная на профиле, была отнесена к 7 сообществам: 1 - белополынно-типчаково-лессинговоковыльное (Stipa lessingiana -Festuca valesiaca-Artemisia lerchiana), 2 - ромашниково-типчаково-лессинговоковыльное
(Stipa lessingiana-Festuca valesiaca-Tanacetum achilleifolium), 3 - ромашниково-белополынно-типчаковое (Festuca valesiaca-Artemisia lerchiana-Tanacetum achilleifolium), 4 - чернополынно-ромашниково-белополынное (Artemisia lerchiana-Tanacetum achilleifolium-Artemisia pauciflora), 5 -чернополынно-прутняковое (Artemisia pauciflora-Kochia prostrata), 6 - чернополынное (Artemisia pauciflora), 7 - безлистноежовниково-луковичномятликовое (Anabasis aphylla-Poa bulbosa). Представление о распределении растительных сообществ на трансекте дает рисунок 2 (ряд А).
Как видно из таблицы 2, каждое из сообществ, как и почвы, может быть встречено на любом элементе микрорельефа. Исключение составляют 3 сообщества: ромашниково-белополынно-типчаковое встречается исключительно на склонах; прутняково-чернополынное не встречается на повышениях и распространено преимущественно на склонах; безлистноежовниково-луковичномятликовое не встречено в понижениях. Подобные особенности связи сообществ с элементами рельефа характерны и для других территорий развития солонцовых комплексов. Отличие составляет чернополынное сообщество, которое на территории Джаныбекского стационара Института леса РАН (левобережье Волги, север Прикаспийской низменности), как правило, приурочено к микроповышениям (Вышивкин, 2010).
Таблица 2. Распространение растительных сообществ на трансекте: сопряженность с элементами микрорельефа и представленность.
Растительное сообщество Сопряженность с элементом микрорельефа*, % Кол-во встреч (участков) Представленность** на трансекте, %
вершины склоны понижения
Stipa lessingiana-Festuca-Artemisia lerchiana 29 29 42 7 11
Stipa lessingiana-Festuca valesiaca-Tanacetum achilleifolium 22 39 39 18 28
Festuca valesiaca-Artemisia lerchiana-Tanacetum achilleifolium 0 100 0 2 3
Artemisia lerchiana-Tanacetum achilleifolium-Artemisia pauciflora 33 40 27 15 23
Artemisia pauciflora-Kochia prostrata 36 36 28 14 22
Artemisia pauciflora 0 60 40 5 8
Anabasis aphylla-Poa bulbosa 33 67 0 3 5
Примечания к таблице 2: * - доля в процентах числа встреч растительного сообщества на элементе микрорельефа от общего числа участков с данным сообществом на трансекте; ** - доля в процентах числа участков с растительным сообществаом от общего числа участков (64) на трансекте.
На учетных метровых площадках трансекты измерялись и оценивались основные характеристики сообществ: общее проективное покрытие растительности, проективное обилие каждого вида по шкале Друде, количество видов, высота растений, вес в воздушно-сухом виде живой (зеленой) фитомассы, ветоши и подстилки, и суммарное значение фитомассы.
Общее проективное покрытие на площадках и, в целом на трансекте низкое, среднее значение составляет 25%. Максимальные значения (на 5 площадках из 64) достигают 60-75%, минимальные значения (от 10% до 20%) отмечены более, чем на половине площадок (39 площадках или 61%).
Количество видов на метровых площадках изменяется в небольшом диапазоне - от 1 до 8. Среднее значение - 4 вида. Почти для трети площадок (20) характерно присутствие 3-х видов растений. На 10 площадках встречены 6 видов и максимальное число видов (8) встречено на двух площадках с лугово-каштановыми почвами в наиболее глубоких западинах в начале и конце трансекты.
Высота растений измерялась в 2010 г., поскольку травостой пока еще не был стравлен. На половине участков высота травостоя менее 10 см, на второй половине - от 20 до 50 см. Обращает на себя внимание, что в наиболее глубоких западинах высота травостоя максимальная, минимальная -
близкая к нулю, отмечена на корковом солонце.
Фитомасса. Среднее значение надземной живой фитомассы составляет 12.6 ц/га, минимальное и максимальное значения ниже и выше среднего почти в 10 раз и составляют соответственно 0.5 и 124 ц/га. Среднее значение веса ветоши и подстилки составляет 4.9 ц/га, размах значений почти такой же, как и живой фитомассы (минимальное - около 0.6 ц/га, максимальное - около 29.5 ц/га).
Измеренное значение фитомассы в разные сезоны и годы сильно отличается на всех элементах рельефа (рис. 3). Как видим на рисунке 3, значения фитомассы на разных элементах микрорельефа в срок измерения довольно близки, за исключением более углубленных западин с лугово-каштановыми и светло-каштановыми почвами, где условия произрастания лучше, чем на других элементах рельефа. \
60----------
Рис. 3. Фитомасса на разных элементах
микрорельефа весной и осенью. Условные
обозначения: 1 -повышения, 2 - склоны, 3 - понижения, 4 -западины; время отбора образцов: в - весна, о -осень. в год изменении
2010в 2011в 2011 о
Здесь запасы фитомассы во все сезоны наблюдений и разные годы примерно в два раза выше, чем на остальных элементах микрорельефа солонцового комплекса. Необходимо учитывать, что измеренные запасы фитомассы зависят не только от природных факторов, но и от стравливания. Высокие значения надземной фитомассы западин можно объяснить еще и тем, что произрастающий только здесь ковыль Лессинга - плохо поедаемый вид.
Рассмотрение взаимосвязей компонентов солонцового комплекса и их характеристик (табл. 3). Как было сказано выше, тесноту взаимосвязей определяли методом парной корреляции, не разделяя их по элементам рельефа. В списках растительные сообщества и почвы были расположены в порядке возрастания солонцеватости почв и устойчивости растений к этому фактору.
Таблица 3. Корреляция между компонентами солонцового комплекса.
Компоненты и их характеристики Компоненты и их характеристики
Компоненты и характеристики Почвы Сообщества ОПП Кол-во видов Высота Живая фитомасса Ветошь и подстилка Общий вес
Микрорельеф 0.42 0.32 -0.30 -0.59 -0.09 0.05 -0.51 -0.51
Почвы 0.72 -0.71 -0.09 -0.57 0.27 -0.57 -0.55
Сообщества -0.59 -0.65 0.13 0.16 -0.42 -0.41
Общее проективное покрытие на участке (ООП) -0.09 0.55 0.41 0.71 0.66
Количество видов 0.33 0.04 0.29 0.31
Высота -0.13 0.29 0.27
Живая надземная фитомасса -0.25 -0.09
Ветошь и подстилка 0.99
Общий вес
Как видим из таблицы 3, связь микрорельефа с прочими компонентами солонцового комплекса (почвами, растительными сообществами), низкая, а с характеристиками растительных сообществ -низкая (не бывает выше 0.59) и отрицательная. Это вполне объяснимо: с повышением относительной высоты элементов микрорельефа значение общего проективного покрытия в сообществах (ОПП), высоты растений, количества видов, веса ветоши и подстилки снижается.
Почвы и растительные сообщества имеют наибольшую тесноту связи (r=0.72). Согласно имеющемуся опыту оценок (Дмитриев, 1995), эта связь может быть оценена как тесная, т.к. при этом коэффициенте вариации взаимосвязанная вариация почв и растительности соответствует 75-50%. Возможно, этому способствовало то, что классификация сообществ проводилось с учетом почвенной разности и элемента микрорельефа, однако на трансекте на метровой площадке сообщества выделялись независимо от почв, на основе видового состава. Тесная связь (r=-0.71) также выявлена для почв и общего проективного покрытия (ОПП) растительности. Отрицательное значение связано с тем, что при сопоставлении почвенный ряд начинался с лугово-каштановой почвы и заканчивался солонцом корковым. Вполне понятно, что при возрастании порядкового номера почв проективное покрытие растительности уменьшалось и на площадке с лугово-каштановой почвой оно выше, чем на солонцовых почвах. Аналогичная ситуация характерна и для связи почв с высотой растений, ветошью, подстилкой и общим весом фитомассы. Ветошь и подстилка накапливаются в большем количестве по наиболее заглубленным понижениям с лугово-каштановыми и каштановыми почвами, в то время, как на солонцах они практически отсутствуют. Отсутствие тесной связи почв и количества видов растений можно объяснить тем, что растительность нарушена выпасом и в составе сообществ присутствуют виды с широкой экологией, такие, как мятлик луковичный (Poa bulbosa), костер кровельный (Anisanta tectorum) и другие, распространение которых зависит от выпаса. Присутствие рудеральных видов снижает показатели связи видового богатства и почв.
Рассмотрение межкомпонентных взаимосвязей в солонцовом природном комплексе показывает, что связь микрорельефа с почвами и растительными сообществами в ландшафтном районе Северной Сарпинской низменной равнины отсутствует, а растительных сообществ и почв - тесная.
Для практических целей при индикационных исследованиях чаще всего используются взаимосвязи между наиболее широко распространенными видами растений, почвами и рельефом. В данном случае для анализа были выбраны постоянно присутствующие на трансекте (в разные годы и сезоны) виды, имеющие обилие по шкале Друде «sol» (2 балла) и более (рис. 2). Теснота связи вида с почвами проводилась на основе анализа сопряженных встреч вида растения и разновидности почвы на одном метровом участке. Оказалось (табл. 4), что некоторые виды растений (Falcaria vulgaris, Limonium caspium, Bassia sedoides) имеют узкий экологический ареал - произрастают только на одной разновидности почвы. Так, Bassia sedoides может использоваться в качестве индикатора, поскольку она произрастает только на корковых солонцах и встречена на всех участках их распространения (100%) с обилием 3 (sp), несмотря на то, что представленность ее на трансекте незначительная. Falcaria vulgaris и Limonium caspium не могут быть индикаторами, поскольку их связь с типом почвы, на котором они встречены, низкая (25%).
Черная полынь встречена на солонцах корковых и мелких, и имеет высокую сопряженность с обеими почвами. Однако на корковых солонцах она имеет более высокое фитоценотическое значение (sp) и это может быть дополнительным показателем, который следует учитывать при использовании этого вида в индикационных целях.
Ряд видов (Stipa lessingiana, Festuca valesiaca, Artemisia lerchiana, Tanacetum achilleifolium) имеют широкое распространение и широкий экологический ареал (табл. 4) - распространены на ряде почв и с некоторыми из них имеют высокую сопряженность в распространении (до 100%). Несмотря на это, они не могут использоваться в качестве надежных индикаторов почвы, с которой у них абсолютное совпадение в распространении из-за того, что распространены и на других типах почв.
Как видим, растений - верных индикаторов каких либо почв выявить не удалось, за исключением Bassia sedoides, которая может считаться верным индикатором корковых солонцов. Установлено, что ряд видов: Falcaria vulgaris, Limonium caspium, Agropyron desertorum, Stipa lessingiana, Artemisia lerchiana, Festuca valesiaca, Tanacetum achilleifolium, - никода не встречается на корковых солонцах, первые четыре никогда не встречаются и на мелких солонцах, а первые два никогда не встречаются на солонцовых почвах. Еще ряд видов: Kochia prostrata, Artemisia pauciflora, Anabasis aphylla, Bassia sedoides, в своем
распространении приурочен ипреимущественно к мелким и корковым солонцам и почти не встречается на других типах почв.
Таблица 4. Связь доминирующих видов растений и почв, на трансекте, %.
Виды Почва Представленность вида, на трансекте, % Фитоце-нотическое значение вида, балл
Кл К1 К1сн СН3 СН2 СН1 СН0
Falcaría vulgaris 25/3 1.6 3.0
Agropyron desertorum 25/2 33/2 50/2 8.2 2.0
Stipa lessingiana 75/3 67/2.3 47/2.3 50/2 20/2 36.1 2.4
Festuca valesiaca 50/3 75/2-4 100/3 100/2.3 60/2.3 11/2.3 59.0 2.6
Artemisia lerchiana 75/3 58/3 65/2.3 100/3 60/2.3 83/2 68.9 2.5
Tanacetum achilleifolium 25/2 42/2.3 82/2 100/2 100/2 11/2.3 49.2 2.1
Limonium caspium 25/2 4.9 2.0
Poa bulbosa 25/2 42/2 76/2 100/2.3 80/2 94/2 83/2 77.0 2.0
Anisantha tectorum 8/2 24/2.3 6/2 33/2 13.1 2.3
Kochia prostrata 25/2 78/2-4 33/3 26.2 2.7
Artemisia pauciflora 72/2 100/3 27.9 2.4
Anabasis aphylШ 18/2 6/2 100/2 13.1 2.0
Bassia sedoides 100/2 6.6 2.0
Примечания к таблице 4: в числителе - число встреч вида растения с типом почвы в % от числа участков с таким типом, в знаменателе - фитоценотическое значение вида в баллах на разных участках на этой почве (2 - sol, 3 - sp, 4 - сор1); цветом выделены значения, равные и выше 60%, которые можно использовать в индикационных исследованиях.
В
Г
Рис. 4. Данные весенних (А) и осенних (Б) укосов, вегетационного индекса КБУ1 (В) вдоль 64-метровой трансекты и их сопоставление (Г).
Сопоставление наземных и дистанционных данных. Данные по укосам хорошо коррелируют со значениями вегетационного индекса КБУТ, несмотря на разновременность наземной и дистанционной
информации, что подтверждает устойчивость пространственной структуры растительного покрова (рис. 4). Корреляция составляет 0.77 и может быть оценена как тесная. Высокие по сравнению с фоном значения вегетационного индекса (0.11-0.14) отмечаются в начале и конце трансекты. Здесь укосы составили 4001200 г/м2 весной и 100-400 г/м2 осенью. Фоновые значения укосов составили 100-400 г/м2 весной и 0100 г/м2 осенью, что соответствует фоновым значениям NDVI (август) 0.09-0.11.
Состояние растительности, отраженное на снимке через показатель NDVI, четко определяется эдафическими условиями, в первую очередь, почвенной разностью (рис. 5). Повышенные по сравнению с фоном значения вегетационного индекса (0.12-0.14) соответствуют лугово-каштановым почвам, фоновые значения (0.09-0.11) соответствуют солонцам и солонцеватым почвам, промежуточное положение (0.950.125) характерно для светло-каштановых несолонцеватых почв. Следует отметить, что для светло-каштановых почв характерен относительно широкий разброс значений NDVI по сравнению с другими почвенными разностями. Дисперсионный анализ подтвердил, что фактор почвы является значимым при варьировании значений NDVI ф=0.00000).
А
Б
Рис. 5. Изменчивость значений вегетационного индекса NDVI (медиана, квартили, минимум, максимум) в зависимости от почвенной разности (А) и растительной ассоциации (Б). Условные обозначения: Ы - лугово-каштановая почва, Ы - светло-каштановая почва, k1sn - светло-каштановая солонцеватая почва, sn -солонцы (без разделения); растительные сообщества (1-7) соответствуют рисунку 2.
Выводы
Для солонцового комплекса на территории ландшафтного района Северной Сарпинской низменной равнины Прикаспийской низменности, на участке с глубоко залегающими грунтовыми водами (ниже 9 м) характерна относительная сглаженность рельефа. Наибольшее количество (85%) превышений микроповышений над микропонижениями находится в пределах 3-5 см. Днища западин по отношению к этим участкам заглублены на 14-19 см.
На этой территории наиболее широко распространены светло-каштановые солонцеватые почвы (К1сн), солонцы мелкие (СН1) и светлокаштановые несолонцеватые почвы (К1), присутствуют светло-каштановые луговые (К1л), солонцы корковые (СН0), средние (СН2), глубокие (СН3). Растительность представлена сообществами с господством видов, характерных для солонцовых комплексов степной зоны (Stipa lessingiana, Festuca valesiaca, Tanacetum achilleifolium, Artemisia lerchiana, Kochia prostrata, Artemisia pauciflora).
Почвы и растительные сообщества имеют слабую связь с рельефом: коэффициенты корреляции равны 0.42 и 0.36 соответственно. С рельефом имеют относительно высокую связь такие характеристики растительных сообществ, как количество видов (г=-0.59), запасы ветоши и подстилки (г=-0.51). Отрицательный знак показывает, что с увеличением высотных отметок эти показатели имеют тенденцию к снижению. Наибольшая теснота связи (г=0.72) выявлена между почвами и растительными сообществами, почвами и общим проективным покрытием сообществ (г=-
0.71).
Растений - верных индикаторов каких либо почв выявить не удалось, за исключением Bassia sedoides, которая может считаться верным индикатором корковых солонцов. Установлено, что ряд видов: Falcaría vulgaris, Limonium caspium, Agropyron desertorum, Stipa lessingiana, Artemisia lerchiana, Festuca valesiaca, Tanacetum achilleifolium, - никода не встречаются на корковых солонцах, первые четыре никогда не встречаются и на мелких солонцах, а первые два - никогда не встречаются на солонцовых почвах. Еще ряд фитоценотически значимых видов: Kochia prostrata, Artemisia pauciflora, Anabasis aphylШ, Bassia sedoides, в своем распространении приурочены ипреимущественно к мелким и корковым солонцам и почти не встречаются на других типах почв.
Данные по укосам хорошо коррелируют со значениями вегетационного индекса NDVI (r=0.77). Состояние растительности, отраженное на снимке через показатель NDVI, четко определяется эдафическими условиями, в первую очередь, почвенной разностью.
Авторы считают нужным отметить, что выявленные особенности можно экстраполировать в пределах физико-географического района Северной Сарпинской низменной равнины, где были проведены исследования. Для подобной характеристики других ландшафтных районов требуется проведение аналогичных исследований.
Благодарности. Авторы выражают благодарность за помощь в работе И.Н. Семенкову, А.А. Контобойцевой, Исину Фэну, Н.М. Церенову, а также безвременно ушедшим от нас организатору и
участнику этих исследователей, известному почвоведу и специалисту по солонцам, к.с.-х.н. Александре
Федоровне Новиковой и участнику этих работ, известному исследователю аридных территорий
геоботанику Марине Борисовне Шадриной.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бананова В.А., Горбачев С.А. 1977. Растительный мир Калмыкии. Элиста: Калмиздат 376 с.
Борликов Г.М. 2001. Природное районирование Российского Прикаспия и перспективы его освоения // Эколого -географический вестник Юга России. № 3-4. С. 33-41.
Будина Л.П. 1964. Типы солонцовых комплексов // Почвы комплексной равнины Северного Прикаспия и их мелиоративная характеристика / Ред. Е.Н. Иванова. М.: Наука. С. 196-258.
Буяновский М.С., Доскач А.Г., Фридланд В.М. 1956. Природа и сельское хозяйство Волго-Уральского междуречья. М.: Изд-во АН СССР. 229 с.
Вышивкин А.А. 2010. Изменение растительности солонцового комплекса Северного Прикаспия вследствие флуктуации климата и прекращения выпаса // География и природные ресурсы. № 1. С. 78-82.
Генезис и мелиорация почв солонцовых комплексов. 2008 / Ред. Н.П. Панов. М.: Россельхозакадемия. 315 с.
Дмитриев Е.А. 1995. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во МГУ. 320 с.
Доскач А.Г. 1979. Природное районирование Прикаспийской полупустыни. М.: Наука. 142 с.
Лавренко Е.М. 2000. Степи // Растительность Европейской части СССР. Л.: Наука. С. 203-272.
Мясников В.В. 1974. Изменение свойств почв солонцового комплекса при культуре риса в Сарпинской низменности (на примере лимана Большой Царын): Дисс. ... к.с.-х.н. Москва. 191 с.
Новикова А.Ф., Конюшкова М.В., Новикова Н.М., Климанов А.В., Вышивкин А.А. 2010. Засоление почв и растительность солонцовых комплексов Северной Калмыкии // Аридные экосистемы. Т. 16. № 1 (41). С. 46-56.
Сафронова И.Н. 2002. О фитоценотическом разнообразии опустыненных степей Причерноморско-Казахстанской подобласти Евразиатской степной области // Геоботаническое картографирование 20012002. Санкт-Петербург: БИН РАН. С. 44-65.
Хитров Н.Б. 2005. Связь почв солонцового комплекса Северного Прикаспия с микрорельефом // Почвоведение. № 3. С. 271-284.
Хитров Н.Б., Рухович Д.И., Калинина Н.В., Новикова А.Ф., Панкова Е.И., Черноусенко Г.И. 2003. Электронная версия карты засоления почв масштаба 1:2.5 млн. М: Почвенный институт им. В.В. Докучаева.
Хитров Н.Б., Рухович Д.И., Калинина Н.В., Новикова А.Ф., Панкова Е.И., Черноусенко Г.И. 2009. Оценка площадей засоленных почв на территории европейской части России (по электронной версии карты засоления почв масштаба 1:2.5 млн.) // Почвоведение. № 6. С. 627-637.
Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств. Санкт-Петербург: Мир и семья-95. 992 с.
