CC BY
83
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2018, том 24, № 1 (74), с. 40-51
——— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ———
УДК 631.6.02
ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ КРАСНЫХ КНИГ ПОЧВ СТЕПНЫХ РЕГИОНОВ (НА ПРИМЕРЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ)1
© 2018 г. О.В. Чернова*, О.С. Безуглова**
*Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Россия, 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 33. E-mail: [email protected] *Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, Южный федеральный университет Россия, 344090, г. Ростов-на-Дону, пр-т Стачки, д. 194/1. E-mail: [email protected]
Поступила 10.04.2017
Создание Красных книг почв субъектов РФ позволит сохранить естественное разнообразие почв в регионах, значительно измененных хозяйственной деятельностью. При составлении перечня эталонов предлагается ориентироваться на почвы, типичные для провинций почвенно-экологического районирования, и выделять эталонные почвы в пределах охраняемых природных территорий. Исследование целинных почв, занесенных в Красную книгу почв Ростовской области, показало, что их характеристики могут использоваться в качестве эталонных при почвенном мониторинге. Залежный режим способствует восстановлению гумусового состояния почвы: в целинных и залежных черноземах средневзвешенные показатели содержания гумуса (для 25-снтиметровой толщи) возрастают на 0.7-3.0 % по сравнению с пахотными аналогами. Показано, что для оценки степени загрязнения тяжелыми металлами почв области имеющиеся нормативы неприменимы, для этих целей предлагается использовать региональные фоновые концентрации, установленные для аналогичных (типологически и по гранулометрическому составу) целинных почв с учетом природного варьирования характеристик.
Ключевые слова: Красная книга почв, эталонные почвы, мониторинг, охраняемые территории, разнообразие почв.
Декларируя необходимость сохранения почв, обычно имеют в виду охрану от эрозии, загрязнения, вторичного засоления и т.п. используемых в сельском хозяйстве земель и поддержание их плодородия. С биосферной точки зрения не меньшее значение имеет сохранение естественных почв, особенно наиболее плодородных, в ненарушенном состоянии, которые характеризуются максимальным разнообразием организмов и вносят наибольший вклад в регулирование составов земной атмосферы и гидросферы.
В последние десятилетия сформировалось самостоятельное направление исследований, охватывающее вопросы особой охраны ценных почвенных объектов и проблемы создания Красной книги почв. К настоящему времени опубликовано несколько работ по краснокнижной проблематике субъектов Российской Федерации (Ташнинова, 2000; Климентьев и др., 2001; Апарин и др., 2007; Соловиченко и др., 2007; Александрова и др., 2012) и осуществлен первый выпуск Красной книги почв России (2009).
Законодательные и теоретические основы создания Красных книг почв. Законодательной базой создания Красных книг почв является Федеральный закон "Об охране окружающей среды" (10 января 2002 г. №7-Ф3, принят Государственной Думой 20 декабря 2001г.), в статье 62 которого указано, что в целях учета и охраны редких и находящихся под угрозой исчезновения почв учреждаются Красная книга почв Российской Федерации и Красные книги почв субъектов Российской Федерации. Однако до настоящего времени отсутствуют нормативные документы и методические рекомендации, регламентирующие составление и ведение Красных книг почв, существуют лишь общие методологические подходы, выработанные и принятые научным
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-04-00592.
40
сообществом.
Почва как природное тело характеризуется рядом специфических особенностей, не позволяющих при разработке Красных книг почв воспользоваться принципами построения и правилами ведения, выработанными для Красных книг животных и растений. К таким особенностям можно отнести:
- континуальность почвы как природного объекта (постепенность переходов от одной разности к другой);
- отсутствие очевидной основной единицы изучения и классификации (аналогичной виду у растений и животных);
- трудное воспроизводство почвы как естественно исторического образования;
- ее неразрывную связь с ландшафтом, в котором она сформировалась (Чернова, 1995).
Сохранение целинных почв возможно только в ненарушенных биогеоценозах, поэтому создание
Красных книг почв связано с сохранением разнообразия природных почв в пределах охраняемых территорий. В большинстве опубликованных к настоящему времени Красных книг почв субъектов РФ основная часть ценных почвенных объектов приурочена к охраняемым территориям государственного или регионального уровней, для охвата всех нуждающихся в охране почв предлагается расширение сети ООПТ (Климентьев и др., 2001; Соловиченко и др., 2007; Александрова и др., 2012). Основная задача Красных книг почв - создание системы эталонных участков, выделенных в пределах ареалов природных почв и приуроченных к охраняемым природным территориям. Объекты Красной книги должны репрезентативно представлять почвенный покров страны или региона, служить объектами мониторинга и образцами для сравнения с антропогенно-преобразованными аналогами (Добровольский и др., 2006). В соответствии с этим, основные принципы занесения почв в Красную книгу следующие:
- соответствие центральному образу почвенной классификации обычно на уровне высших таксономических уровней (типа-подтипа);
- выделение целинных разностей, по возможности, в пределах особо охраняемых природных территорий;
- типичность для определенной территории и возможность использования в качестве объекта мониторинга и почвенного эталона.
Эталонные функции объектов Красной книги почв. Четких представлений о том, какие природные объекты должны быть признаны эталонными и принципов их выделения в настоящее время нет. Обращаясь к этой проблеме, специалисты обычно действуют интуитивно. Европейским Агентством по окружающей среде, целью которого является гармонизация подходов к ведению мониторинга, регулярные комплексные наблюдения за состоянием почв рекомендовано приурочить к фиксированным площадкам, выбранным с учетом разнообразия природных и антропогенных условий. Наиболее развитые и научно обоснованные системы площадок комплексного мониторинга существуют в Венгрии, Нидерландах, Норвегии, Словакии (Медведев, Лактионова, 2012).
В экологическом мониторинге наиболее сложной задачей является выбор целевых показателей -фоновых или пороговых значений. В различных странах в качестве точек отсчета используются характеристики природных почв, предыдущие наблюдения или оптимальные для сельскохозяйственных целей параметры (Proposal ..., 2001; McKenzie et. al., 2002). Европейским Агентством по окружающей среде для целей почвенного мониторинга предложен набор обязательных и необязательных (региональных) характеристик - индикаторов, отражающих основные деградационные процессы. К обязательным показателям отнесены: физико-географическое описание расположения участка, общая характеристика почвы, тип и характер землепользования, содержание элементов питания, органического углерода, физико-химические, гидрофизические, физические, физико-механические и биологические свойства, содержание загрязняющих веществ; к необязательным относятся: опустынивание, подкисление, засоление, содержание специфических видов организмов, эвтрофикация и др. (Environmental ..., 1999; Environmental ..., 2000; Proposal ..., 2001).
Как известно, для почв, даже очень близких таксономически, не могут быть установлены унифицированные показатели фоновых характеристик, поскольку их пространственная и временная изменчивость весьма значительна, и сильно зависит от конкретной экологической ситуации (климатических условий, состава почвообразующих пород, вида растительности, типа
землепользования; на сельскохозяйственных землях - от вида и сорта культур, системы агротехники и удобрений и т.д.).
Учитывая высокое природное варьирование большинства важных для мониторинга почвенных параметров, а также их взаимозависимость (например, физические свойства ^ содержание органического вещества ^ обеспеченность элементами питания), представляется целесообразным в качестве эталона использовать не фиксированную численную характеристику определенного свойства, а совокупность параметров реальной эталонной почвы с учетом их изменчивости в рассматриваемом регионе.
Особенности создания Красной книги почв Ростовской области. Современные степные экосистемы во всем мире и в нашей стране относятся к числу наиболее нарушенных человеком и в наименьшей степени охваченных природоохранной деятельностью. Здесь очень низка облесенность территории, практически отсутствуют естественные пастбищные угодья, значительно распаханы даже пойменные пространства, особенно важные для сохранения устойчивости ландшафтов к неблагоприятным воздействиям. В таких районах сложно найти значительные по площади территории с целинными биоценозами и почвами, здесь необходима инвентаризация всех, даже небольших по площади участков ненарушенных почв под естественной или восстановленной растительностью, в первую очередь в пределах, существующих ООПТ, и занесение ареалов минимально трансформированных типичных почв в Красную книгу с целью формирования системы эталонов, репрезентативно представляющих почвенный покров региона. Несмотря на то, что небольшие разрозненные участки далеко не всегда могут в полной мере выполнять функции эталонов природы, их резерватная, ресурсоохранная и мониторинговая роль в максимальной степени проявляется в сильно измененных антропогенным воздействием регионах. Для таких территорий особенно важна ведущаяся в настоящее время работа над составлением Красных книг почв России и субъектов Федерации.
Таблица 1. Структура земельных угодий Ростовской области (на 1 января 2013 г.).
Земельные угодья Площадь, %, к безводной
тыс. га территории
Общая площадь 10096.7 -
Сельскохозяйственные угодья 8512.7 87.3
в том числе - пашня 5869.8 60.2
многолетние насаждения 58.4 0.6
сенокосы 89.7 0.9
пастбища 2494.8 25.6
Лесные площади 292.8 3.0
в том числе - покрытые лесами 252.4 2.6
Лесные насаждения, не входящие в лесной фонд 282.0 2.9
Под водой 346.2 -
Земли застройки 150.3 1.5
Под дорогами 219.2 2.2
Болота 54.9 0.6
Нарушенные земли 6.5 0.1
Прочие земли 211.0 2.2
в том числе - пески 64.5 0.7
овраги 31.7 0.3
другие земли 113.5 1.2
В Ростовской области, согласно данным Росстата на 2013 г., сельскохозяйственные угодья занимают 87.7% территории, причем 69% от этой площади приходится на пашню (табл. 1). В некоторых районах, например, в Зерноградском, к сельскохозяйственным землям относится более 90% площади, почти 90% которых используется под пашню. В юго-восточных районах области преобладают пастбища, так, например, в Заветинском районе при распаханности территории около
28%, 70% сельскохозяйственных земель используется под пастбища, где деградационные процессы выражены даже в большей степени, чем на пахотных угодьях (Сушко, 2014). Покрытые лесом земли занимают всего 2.6 % безводной площади области, несколько больше (2.9%) приходится на древесные насаждения, не входящие в лесной фонд, в частности, лесополосы (табл. 1). Все особо охраняемые природные территории федерального и регионального уровней занимают лишь около 0.6 безводной площади области.
В настоящее время в Ростовской области выделены следующие особо охраняемые природные территории: федерального подчинения - государственный природный биосферный заповедник Ростовский состоящий из 4 участков, и природный заказник Цимлянский; областного подчинения -природный парк Донской, состоящий из 2 участков (Дельта Дона и Островной), природный заказник Горненский и 70 памятников природы; а также 7 памятников природы местного подчинения.
Большая часть охраняемых территорий областного и местного подчинения занимает совсем небольшую площадь. Хотя небольшие разрозненные участки не могут в полной мере выполнять эталонные функции, их ресурсосберегающую и охранную роль в регионах с высокой сельскохозяйственной освоенностью трудно переоценить. Большинство ООПТ охранный статус получили по показателям, не связанным с особенностями почвенного покрова. Учитывались, прежде всего, разнообразие растительного покрова, орнитофауны, чешуекрылых насекомых и рукокрылых животных. Из почвенных характеристик решающую роль играла необходимость защиты почвенного покрова от эрозии, так как многие объекты - это пойменные ландшафты или овражно-балочные системы. Как показал анализ доступных материалов, именно почвенный покров является наименее исследованным компонентом ООПТ, в лучшем случае имеются сведения лишь о преобладающих в почвенном покрове типах почв.
Задачи работы. На первом этапе нашей задачей было составление перечня типичных для области почв высоких таксономических уровней, представители которых должны быть выделены в качестве эталонов Красной книги почв Ростовской области.
Далее встали задачи:
- подбора минимально эродированных участков с естественной или восстановленной растительностью в пределах ареалов типичных для области почв для выделения почвенных эталонов;
- обследования почвенного покрова выбранных участков ООПТ;
- выбора опорных разрезов в пределах выбранных участков и характеристика их морфологических и аналитических свойств;
- и, наконец, оценка возможности использования характеристик отобранных эталонных почв для сравнения с используемыми в сельскохозяйственном производстве аналогами.
Объекты и методы исследований
Выбор эталонов Красной книги почв Ростовской области. Высокая распаханность территории Ростовской области обусловила тот факт, что многие охраняемые территории приурочены к овражно-балочным системам с эродированными почвами, поэтому выбор участков для заложения опорных разрезов потребовал значительной предварительной работы.
Перечень эталонов Красной книги почв Ростовской области (табл. 2) составлен на основе карты Почвенно-экологического районирования Российской Федерации М: 1:2.5 млн. (Урусевская и др., 2013) с привлечением разномасштабной и разновременной картографической информации, представленной в электронном Атласе почв Ростовской области (Крыщенко и др., 2012; рис.).
Изучены доступные архивные материалы крупномасштабных почвенных обследований, проанализирована картографическая и описательная информация по растительному и почвенному покровам ООПТ, расположенных в пределах Предкавказской и Южно-Русской провинций черноземов обыкновенных и южных, что позволило подобрать 7 охраняемых природных территорий областного подчинения - памятников природы, расположенных в пяти административных районах области: «Разнотравно-типчаково-ковыльная степь» (Чертковский р-н), «Фоминская дача» (Миллеровский р-н), «Кундрюченские пески» и «Раздорские склоны (Усть-Донецкий р-н), «Персиановская заповедная степь» (Октябрьский р-н), «Хороли» и «Разнотравно-типчаково-ковыльная степь» (Зерноградский р-н), в пределах которых была возможность подобрать почвенные эталоны для включения в Красную книгу почв области (рис.). В 2015-2016 гг. было проведено
почвенное обследование указанных ООПТ.
Таблица 2. Эталоны Красной книги почв Ростовской области.
Провинции почвенно-экологического районирования Основные эталоны Локальные эталоны Эталонные комплексы
Н1 Предкавказская провинция черноземов обыкновенных и южных мицелярно-карбонатных мощных и сверхмощных малогумусных черноземы обыкновенные мицелярно-карбонатные; черноземы южные мицелярно-карбонатные лугово-черноземные; луговые; аллювиальные; дерновые песчаные
Н2 Южно-Русская провинция черноземов обыкновенных среднемощных малогумусных и южных средне- и маломощных малогумусных и слабогумусированных черноземы обыкновенные; черноземы южные
О2 Донская провинция темно-каштановых и каштановых почв каштановые; темно-каштановые лугово-каштановые; луговые; аллювиальные; дерновые песчаные; солончаки солонцовые комплексы
Р1 Прикаспийская провинция светло-каштановых и бурых почв, солонцовых комплексов, песчаных массивов и солончаков светло-каштановые; бурые (пустынно-степные)
Рис. Фрагмент карты Почвенно-экологического районирования РФ М: 1:2 500 000 (Урусевская и др., 2013) для территории Ростовской области с расположением обследованных ООПТ. Условные обозначения:
1 - граница Ростовской области,
2 - провинции почвенно-географического районирования (названия провинций в таблице 2), 3 - обследованные ООПТ (названия охраняемых терри-торий в тексте).
Эталонные почвы. ООПТ «Разнотравно-типчаково-ковыльная степь», Чертковский р-н (1) образована в 2006 г., общая площадь - 150.0 га. Участок представляет собой часть балочной системы с крутыми, реже покатыми склонами, занимает верховья балок Егоровой и Красный конь.
Растительность представлена разнотравно-типчаково-ковыльной степью в комплексе с песчаной степью и байрачным лесом. На участке заложено два разреза: р. 1601 - чернозем южный среднемощный малогумусный легкосуглинистый на красно-бурой структурной глине, подстилаемой элювием песчаника под разнотравно-типчаково-ковыльной степной целинной растительностью; р. 1602 - чернозем южный неполноразвитый малогумусный легкосуглинистый на элювии песчаника под разнотравно-типчаково-ковыльной степной растительностью, местами разреженной.
ООПТ «Фоминская дача» (2) получила статус охраняемой территории в 1977 г. Ь занимает 16 кварталов (679 га) Фоминского лесничества Донецкого лесхоза. Посадка леса была осуществлена в 1890 году владельцами земель - помещиками Фомиными. На территории памятника природы заложено два разреза: р. 1603 - чернозем южный мощный среднегумусный легкоглинистый на желто-бурых суглинках под широколиственным лесом, состоящим из столетних посадок дуба с подростом клена; р. 1604 - чернозем южный мощный среднегумусный легкоглинистый на желто-бурых суглинках на поляне в широколиственном лесу с разнотравно-злаковым травянистым покровом.
ООПТ «Кундрюченские пески» (3), занимающий 2689 га, представляет собой междуречный песчаный массив, расположенный на левом берегу р. Кундрючья. На охраняемой территории представлены псаммофитные природные комплексы с различной растительностью - болота, луга, дубовые, ольховые и березовые колки, песчаные степи и луга, фрагменты барханных песков. Р. 1605 - примитивная супесчаная слабогумусированная почва (серопески) сформирована под псаммофитной луговой растительностью.
ООПТ «Раздорские склоны» (4) площадью - 1267 га расположен на высоком берегу р. Дон, местность перемежается балками, врезающимися в склон, с островками байрачных лесов. Растительный покров представлен типичными разнотравно-злаково-ковыльными степными сообществами. Р. 1606 - чернозем обыкновенный карбонатный маломощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке, заложен на участке с незначительно нарушенной разнотравно-типчаковой степной растительностью.
ООПТ «Персиановская степь» (5) занимает плато с плакорной степью в верховье балки Хорули. Площадь участка - 66 га, заповедный режим установлен в 1977 г. Целинный степной участок со всех сторон обрамлен лесными полосами, на юго-востоке к нему примыкает заповедный участок «Дубрава им. В.В. Докучаева». Р. 1607 - чернозем обыкновенный мощный среднегумусный тяжелосуглинистый на желто-бурых суглинках заложен под густой целинной разнотравно-типчаковой растительностью.
ООПТ «Хороли» (6) образован в 1995 г. Он расположен на правом берегу реки Кагальник и занимает склон долины и нижнюю часть балочной системы Хороли. Растительность представлена злаково-разнотравными, разнотравно-злаковыми, разнотравно-пырейно-мятликовыми степными ассоциациями, распространение на прибалочных склонах разнотравно-пырейно-мятликовых сообществ объясняется сельскохозяйственным использованием (пастьба скота, чрезмерное сенокошение, подсев многолетних трав). Опорные разрезы: р. 1501 - чернозем обыкновенный карбонатный среднесмытый маломощный малогумусный легкоглинистый на желто-бурой легкой глине под богатой разнотравно-типчаково-злаковой степью; р. 1502 - чернозем обыкновенный карбонатный слабосмытый среднемощный малогумусный легкоглинистый на желто-бурой средней глине под разнотравно-злаковой растительностью. При определении его местоположения ориентировались на координаты разреза, изученного в ходе последнего обследования территории ЮЖГИПРОЗЕМ-ом в 1983 г., когда почва была описана как пахотная. Таким образом, к настоящему времени этот участок более двадцати лет находится в залежном режиме.
ООПТ «Разнотравно-типчаково-ковыльная степь» Зерноградского района (7) образована в 1977 г. и занимает часть балочной системы Василевская на террасе левого берега р. Маныч. Растительность представлена участками разнотравно-типчаково-ковыльной степи в комплексе с песчаной степью и байрачным лесом. Р. 1503 - чернозем обыкновенный карбонатный слабосмытый среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на легкой глине под богатой разнотравно-типчаково-ковыльной степью.
Все разрезы были заложены в автоморфных позициях под минимально нарушенными растительными ассоциациями, по профилям разрезов отобраны образцы для определения основных химических и физико-химических характеристик. Вблизи опорных разрезов с площадок 10х10 м2 по
регулярной сетке отобрано по 15 образцов из слоя 0-20 см для исследования естественного варьирования почвенных характеристик.
Аналитические исследования. В лабораторных условиях из отобранных по профилю образцов к настоящему времени определены: объемная масса почвенных горизонтов (буровым методом), содержание гигроскопической влаги, гранулометрический состав почв (пипеточный метод Качинского в модификации Долгова-Личмановой), содержание органического углерода (по методу Тюрина в модификации Орлова-Гриндель), содержание карбонатов (по Шейблеру),, валовой состав макро- и микроэлементов (Сг, №, As, Sr, Со, 2п, РЬ, Си, Т^ (методом рентген-флюоресцентной спектроскопии на спектроскане МАКС^У), удельная активность радионуклидов (137Cs, 226Яа, 232ТЪ, 40К) (гамма-спектрометрическим методом на сцинтилляционном гамма-спектрометре «Прогресс-гамма»).
Результаты и обсуждение
В первую очередь мы попытались оценить возможности использования выбранных почв охраняемых территорий в качестве эталонов при мониторинге гумусированности, загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами сельскохозяйственных земель. Изучено распределение по профилям опорных разрезов содержания органического углерода и валовых концентраций ряда микроэлементов (Сг, №, As, Sг, Со, 2п, РЬ, Си, Т^, а также их варьирование в поверхностном слое почвы (0-20 см) вблизи разрезов. Изменение по профилям почв удельной активности радионуклидов (137С8, 226Яа, 232ТЬ, 40К) исследовали в образцах, отобранных из разрезов 2016 г.
Мониторинг гумусированности. Выявлено обогащение гумусом поверхностных горизонтов изученных почв охраняемых территорий по сравнению с пахотными аналогами. В целинных и залежных черноземах средневзвешенные показатели содержания гумуса (для 25-сантиметровой толщи) возрастают на 0.7-3.0% по сравнению с пахотными аналогами (табл. 3). В максимальной степени этот процесс выражен в черноземах южных мощных глинистых под полновозрастным разреженным широколиственным лесом (ООПТ «Фоминская дача»). Содержание гумуса в поверхностных горизонтах лесных почв на 1.5-3.0% выше, чем в используемых в сельскохозяйственном производстве почвах окрестной территории. Возможно, этот факт обусловлен более чем вековым отсутствием антропогенных нарушений почвенного покрова этой охраняемой территории, поскольку возраст дубовых насаждений в местах заложения разрезов превышает 100 лет. Памятники природы со степной растительностью, даже не подвергавшиеся распашке, с большой вероятностью периодически использовались под сенокосы и пастбища. Под лесом дополнительными факторами, способствующими увеличению содержания гумуса, являются: изменение состава растительного опада и характера его поступления, а также изменение параметров гидротермического режима под влиянием лесной растительности (Горбов, Безуглова, 2014). Положительный эффект воздействия залежного режима на восстановление гумусового состояния чернозема отчетливо проявился также при сравнении характеристик пахотного обыкновенного карбонатного чернозема, исследованного в 1983 г., с современной почвой (разрез 1502 заложен в точке с практически теми же координатами на территории ООПТ «Хороли»). Содержание гумуса в поверхностном слое почвы (020 см) за 20 лет залежного режима выросло более чем на 1.5%. Следует, однако, иметь в виду, что значительно более высокая гумусированность целинных и залежных черноземов по сравнению с пахотными не приводит к столь же выраженной разнице в запасах гумуса, поскольку разрыхление почвенной толщи корнями естественной растительности снижает объемную массу поверхностных горизонтов. К сожалению, недостаток фактических данных (главным образом, определений объемной массы) пока не позволяет корректно оценить масштабы применимости этой характеристики для целей мониторинга. На текущем этапе работы нам не удалось выявить значительного отличия по запасам гумуса в поверхностных горизонтах (0-20 и 0-50 см) исследованных старозалежных и целинных почв от аналогичных пахотных. Лишь в черноземах южных мощных глинистых под лесом (Фоминская дача) отмечаются заметно более высокие запасы гумуса в 20-сантиметровом слое почвы (на 15-35 т/га или на 20-30%) по сравнению с пахотными черноземами южными того же района.
Таблица 3. Содержание гумуса в целинных и пахотных черноземах Ростовской области.
Горизонт Целинные черноземы ООПТ Изменчивость в поверхностном слое 0-20 см (вблизи целинных разрезов) Пахотные черноземы (Безуглова, Хырхырова, 2008)
Ц Ц Границы типичных значений Ц Границы типичных значений
Черноземы южные среднемощные легкосуглинистые Южно-Русской провинции
Разнотравно-типчаково-ковыльная степь (Чертковский)
А<1 (Апах) 5.9 5.3 4.9-5.9 2.0 1.6-2.3
А1 4.1 1.8 1.4-2.2
В1 2.1 1.5 1.1-2.1
В2 1.5 1.1 0.8-1.4
ВС 1.0 0.7 0.4-0.9
Черноземы южные мощные глинистые и тяжелосуглинистые Южно-Русской провинции
Фоминская дача
А<1 (Апах) 9.9 7.8 6.4-8.4 4.7 4.2-5.3
А1 5.4 4.4 3.7-5.3
В1 3.0 3.6 3.1-4.1
В2 1.6 2.3 2.1-2.6
ВС 1.0 1.2 1.1-1.5
Черноземы обыкновенные североприазовские мощные и среднемощные карбонатные глинистые и тяжелосуглинистые Предкавказской провинции *
Персиановская заповедная степь Раздорские склоны
А<1 (Апах) 6.4 5.6 4.-6.0 4.6 4.4--5.0
А1 4.6 4.4 4.2-4.7
В1 2.8 3.5 3.2-3.7
В2 1.9 2.3 2.2-2.4
ВС 1.0 1.3 1.0-1.4
Черноземы обыкновенные среднемощные карбонатные глинистые и тяжелосуглинистые Предкавказской провинции
Хороли, Разнотра степь вно-типчаково-ковыльная (Зерноградский)
А<1 (Апах) 5.5 4.6 4.1-5.0 4.2 3.8-4.7
А1 4.0 3.8 3.6-4.1
В1 3.1 3.2 2.8-3.5
В2 2.9 2.1 1.8-2.7
ВС 1.5 1.2 1.1-2.4
Примечания к таблице 3: * - вблизи эталонного разреза (Персиановская заповедная степь) вариабельность содержания гумуса не определяли, приведены данные об изменчивости вблизи разреза чернозема обыкновенного североприазовского маломощного карбонатного под умеренно-нарушенной растительностью (Раздорские склоны).
Мониторинг загрязнения тяжелыми металлами. Исследование изменчивости концентраций микроэлементов вблизи опорных разрезов показало, что даже в пределах небольшой площади 10х10 м2 для разных элементов минимальные и максимальные значения могут различаться в 1.53 раза. При столь значительном варьировании единичные определения могут значительно отличаться от среднего, однако границы типичных значений (2 и 3 квартили) оказываются значительно уже, по-видимому, именно показатели, лежащие в этом интервале логично принять за ориентировочные
фоновые значения при ведении мониторинга. В таблице 4 приведены результаты вариационно-статистического анализа для двух из проанализированных элементов (№, РЬ).
Таблица 4. Вариационно-статистический анализ результатов определения валовых концентраций никеля и свинца в черноземах южных и обыкновенных ООПТ Ростовской области.
Статистические параметры 1501 1502 1503 1601 1602 1603 1604 1606
№
Среднее арифметическое (ц) 72 76 70 40 26 67 64 65
Медиана 71 76 69 42 30 67 65 66
Пределы отклонений тт 69 73 67 33 11 64 60 61
тах 74 82 74 47 38 73 69 70
Границы типичных значений 2 кв. 71 75 68 35 21 66 63 63
3 кв 73 77 71 45 31 68 66 66
Среднее квадратическое отклонение (с) 1.5 2.3 2.2 5 7.9 2.1 2.4 2.6
Коэффициент вариации (V, %) 2.1 3 3.2 12.3 30 3.1 3.8 4
РЬ
Среднее арифметическое (ц) 33 42 32 24 18 36 43 43
Медиана 34 41 32 25 18 36 44 41
Пределы отклонений тт 21 35 24 5 11 31 31 35
тах 38 48 37 32 27 47 51 54
Границы типичных значений 2 кв. 30 40 30 20 14 33 42 39
3 кв 36 44 36 29 22 39 47 45
Среднее квадратическое отклонение (с) 4.6 3.5 3.9 7.5 4.8 4.5 5.2 5.6
Коэффициент вариации (V, %) 13.9 8.3 12 31.4 26.6 12.5 12 13.2
Анализ полученных данных о концентрациях микроэлементов в целинных и старозалежных почвах показал, что в большинстве случаев эти показатели превышают условные фоновые значения, до настоящего времени использующиеся при обследовании почв области (Акимцев и др., 1962; табл. 5).
Концентрации мышьяка превышают государственные установленные нормативы загрязнения, как предельно допустимые концентрации (ПДК), так и ориентировочные допустимые количества (ОДК) для почв соответствующего гранулометрического состава, а содержание никеля находится почти на уровне значений ОДК. Общеизвестно, что в обогащенных органическим веществом поверхностных горизонтах наблюдается концентрирование многих микроэлементов, однако в тяжелых по гранулометрическому составу материнских породах Ростовской области (красно-бурых и желто-бурых глинах) их концентрации также повышенные. Из обследованных нами почв памятников природы только в примитивной супесчаной почве, сформированной на аллювиальных песчаных отложениях («Кундрюченские пески»), и в черноземах южных легкосуглинистых на элювии песчаников («Разнотравно-типчаково-ковыльная степь», Чертковский р-н) содержание ряда микроэлементов пониженное (табл. 5). Таким образом, высокие концентрации ряда микроэлементов в почвах Ростовской области обусловлены обогащением ими почвообразующих пород, а повышенное содержание органического вещества в гумусовом горизонте черноземов дополнительно способствует их накоплению в поверхностном слое.
Мониторинг загрязнения радионуклидами. Полученные данные об удельной активности естественных радионуклидов (226Яа, 232ТЪ, 40К) соответствуют средним значениям для почв Ростовской области, известным из литературных источников. Сходство концентраций этих элементов в гумусовых горизонтах почв и в материнских породах свидетельствуют, что их источником являются почвообразующие породы. При этом отмечается возрастание активности радионуклидов в дерновых горизонтах, на карбонатных барьерах и с утяжелением гранулометрического состава. Во всех почвах тяжелого гранулометрического состава удельная активность всех изученных
радионуклидов выше, чем в супесчаной примитивной почве (р. 1605; табл. 6).
Таблица 5. Валовые концентрации (ррт) некоторых микроэлементов в поверхностных горизонтах почв ООПТ Ростовской области.
Нормативы Элементы V Сг № Zn РЬ Си Мп Со 8г Л8
ПДК 32 1500 2
ОДК Пески. супеси 20 55 32 33 2
Суглинки и глины (рН>5.5) 80 220 130 132 10
Фон (Акимцев и др., 1962) 67 100 50 65 20 30 8 300 8
Разрезы
1501 Тяжелые суглинки. глины 106 114 72 92 33 65 1042 26 140 12
1502 118 111 76 100 42 69 1101 31 122 14
1503 106 116 70 89 32 60 1003 19 121 11
1603 135 112 67 98 36 53 1148 18 146 13
1604 101 104 64 124 43 49 1155 11 171 13
1606 130 111 65 106 43 53 955 19 152 15
1607 117 104 61 96 28 49 947 14 171 10
1601 Легкие суглинки 120 103 40 70 24 30 610 5 107 10
1602 143 91 26 51 18 23 502 9 116 9
1605 Пески 44 10 107 10 28 5
Иная ситуация складывается с 137Cs. Этот искусственный радионуклид щелочного металла, большинство соединений которого растворимы, может поступать с осадками на поверхность растений и почвы и проникать в верхние горизонты. Согласно данным радиологического мониторинга пахотных почв, удельная активность 137Cs в верхнем 0-15-сантиметровом слое почв степных территорий Предкавказья и Ростовской области составляет в среднем 20.5 Бк/кг при размахе колебаний 4.2-70.6 Бк/кг (Buraeva et. я1., 2015).
В дерновых горизонтах исследованных целинных почв удельная активность 137Cs заметно превышает эти показатели (максимальное значение - 129.4 Бк/кг - отмечено в 0-6-сантиметровом слое чернозема южного глинистого под лесом), вниз по профилю отмечается резкое снижение активности 137Cs (табл. 6). Однако при расчете средневзвешенных показателей концентрации 137Cs на толщу 0-25 см результаты оказываются сравнимыми со значениями, характерными для поверхностных горизонтов пахотных почв. Отмечается корреляция концентрации цезия с содержанием углерода в поверхностных горизонтах целинных почв, при этом расчет обогащенности органического вещества радионуклидами 137Cs (отношение 137Cs/Сорг.) также свидетельствует о закреплении элемента органическим веществом (табл. 6). Первые результаты исследований позволяют предположить, что в качестве фонового показателя при мониторинге может быть использовано отношение 137Cs/Сорг в поверхностных горизонтах почв.
Несмотря на недостаток фактических данных, имеющиеся сведения позволяют предположить, что почвы северо-западной части Ростовской области характеризуются несколько более высокой удельной активностью 137Cs по сравнению с южной. Возможно, это обусловлено особенностями выпадения радионуклида после аварии на Чернобыльской АЭС, которые определяются характером атмосферных переносов воздушных масс, а также количеством и интенсивностью осадков.
Выводы
1. Изучение почв ООПТ показало, что они могут служить эталонами при проведении мониторинговых наблюдений как для распаханных аналогов, так и для почв других видов землепользования.
2. Залежный режим способствует восстановлению гумусового состояния чернозема: в целинных и залежных черноземах средневзвешенные показатели содержания гумуса (для 25-сантиметровой толщи) возрастают на 0.7-3.0% по сравнению с пахотными аналогами.
3. Для оценки степени загрязнения тяжелыми металлами почв Ростовской области имеющиеся нормативы не применимы, для этих целей предлагается использовать региональные фоновые концентрации, установленные для аналогичных (типологически и по гранулометрическому составу) целинных почв с учетом природного варьирования характеристик.
4. Выявлена корреляция удельной активности 137Cs с содержанием углерода в поверхностных горизонтах целинных почв. В качестве фонового показателя при мониторинге загрязнения цезием предлагается использовать отношение 137Cs/Сорг. в поверхностных горизонтах почв.
Таблица 6. Удельная активность радионуклидов в гумусовых горизонтах почв ООПТ Ростовской области.
Удельная активность радионуклидов, Бк/кг
Разрез Горизонт Глубина, см ^ 232та ^ средневзвешенный 0-25 см 13^/С
ла 0-5 20.4 20.4 222.0 52.8
1601 А 5-20 19.1 13.8 303.3 4.2 16.3 15.2
В1 20-30 19.2 24.8 148.9 <п.о.*
ла 0-10 21.3 29.2 254.0 50.9
1602 л 10-30 26.3 22.2 184.3 4.4 23.0 15.3
С 30-40 12.9 13.0 52.4 0.2
ла 0-12 20.6 29.9 482.0 60.7
1603 л 12-40 28.5 33.3 443.0 0.3 29.3 15.0
В1 40-65 32.0 30.4 481.0 3.5
ла 0-6 12.9 27.2 353.0 129.4
1604 л 6-30 24.2 32.3 428.0 0.3 31.3 16.1
В1 30-45 20.2 31.5 422.0 <п.о.*
ла 0-10 4.1 2.6 42.0 21.8
1605 А 10-35 3.4 3.3 55.5 2.7 10.4 14.2
В 35-55 1.0 2.3 10.4 <п.о.*
ла 0-5 22.8 30.4 364.0 25.6
1606 л 5-23 12.8 33.0 424.0 8.0 10.9 7.7
В1 23-43 16.5 29.2 339.0 1.3
ла 0-9 26.4 29.7 428.0 36.6
1607 А 9-44 28.7 28.5 428.0 0.9 13.7 9.0
АВ 44-63 30.4 26.1 445.0 2.3
Примечания к таблице 6: * - ниже предела обнаружения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Акимцев В.В., Болдырева А.В., Голубев С.Н., Кудрявцев М.Н., Руденская К.В., Садименко П.А., Соборникова И.Г. 1962. Содержание микроэлементов в почвах Ростовской области // Микроэлементы и естественная радиоактивность. Ростов на Дону: Издательство Ростовского университета. С. 37-42. Александрова А.Б., Бережнов Н.А., Григорян Б.Р., Иванов Д.В., Кулагина В.И. 2012. Красная книга почв
Республики Татарстан. Казань: Фолиант. 192 с. Апарин Б.Ф., Касаткина Г.А., Матинян Н.М., Сухачева Е.Ю. 2007. Красная книга почв Ленинградской области. С.-Пб.: Аэроплан. 320 с.
Безуглова О.С., ХырхыроваМ.М. 2008. Почвы Ростовской области. Ростов-на-Дону: Издательство ЮФУ. 352 с. Горбов С.Н., Безуглова О.С. 2014. Специфика органического вещества почв Ростова-на-Дону // Почвоведение. № 8. С. 1-11.
Добровольский Г.В., Чернова О.В., Семенюк О.В., Богатырев Л.Г. 2006. Принципы выбора эталонных объектов
при создании Красной книги почв России // Почвоведение. № 4. С. 387-395. Климентьев А.И., Чибилев А.А., Блохин Е.В., Грошев И.В. 2001. Красная книга почв Оренбургской области.
Екатеринбург: УрО РАН. 295 с. Красная книга почв России. 2009. М.: МАКС Пресс. 576 с.
Крыщенко В.С., Безуглова О.С., Голозубов О.М., Литвинов Ю.А. 2012. Атлас почв Ростовской области // Электронный ресурс № 18170. Свидетельство о регистрации от 27 апреля 2012 г.
Медведев В.В., Лактионова Т.Н. 2012. Анализ опыта европейских стран в проведении мониторинга почвенного покрова // Почвоведение. № 1. С. 106-114.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. 2.1.7. Почва, очистка населенных мест, отходы производства и потребления, санитарная охрана почвы. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06; ГН 2.1.7.2042-06. 2006. М.
Соловиченко В.Д., Лукин С.В., Лисецкий Ф.Н., Голеусов П.В. 2007. Красная книга почв Белгородской области. Белгород: Издательство БелГУ. 190 с.
Сушко К.С. 2014. Эколого-экономические последствия антропогенных трансформаций пастбищных почв юго-востока Ростовской области // Управление экономическими системами. Электронный научный журнал. № 2. [Электронный ресурс http://uecs.ru/uecs62-622014/item/2783-2014-02-25-07-22-46].
Ташнинова Л.Н. 2000. Красная книга почв и экосистем Калмыкии. Элиста: АПП «Джингар». 216 с.
Урусевская И.С., Алябина И.О., Винюкова В.П., Востокова Л.Б., Дорофеева Е.И., Шоба С.А., Щипихина Л.С. 2013. Карта почвенно-экологического районирования Российской Федерации М: 1:2500000.
Чернова О.В. 1995. Проект Красной книги естественных почв России // Почвоведение. № 4. С. 514-519.
Buraeva E.A., Bezuglova O.S., Stasov V.V., Nefedov V.S., Dergacheva E.V., Goncharenko A.A., Martynenko S.V., Goncharova L.Yu., Gorbov S.N., Malyshevsky V.S., Varduny T.V. 2015. Features of 137Cs distribution and dynamics in the main soils of the steppe zone in the southern European Russia // Geoderma. Vol. 259-260. P. 259270.
Environmental indicators: Typology and overview. 1999. Report № 25 EEA. Copenhagen. 19 p.
Environmental signals. 2000. Environmental Assessment Report № 6. EEA. Copenhagen. 20 р.
McKenzie N., Henderson B., McDonald W. 2002. Monitoring Soil Change. Principles and practices for Australian conditions. CSIRO Land and Water Technical Report. 112 p.
Proposal for a European soil monitoring and assessment framework. 2001. Project manager Gentile A.R. EEA. Copenhagen. 58 p.
