CC BY
68
Результаты мониторинга сельскохозяйственных земель Оренбургской области
А.М. Русанов, д.б.н., профессор, Оренбургский ГУ
Оренбургская область является одним из аграрных центров России. На долю земель сельскохозяйственного назначения приходится почти 90% её территории, среди которых пашня занимает 57%. Начиная с распашки целинных земель (1954 г.) использование агроландшафтов области осуществлялось без учёта их природных особенностей и с нарушением земледельческих технологий. В результате на пашне большая часть почв под влиянием эрозии, дегумификации, ухудшения физических признаков оказалась на разных стадиях деградации, а на пастбищах из-за перевыпаса и превышения их экологической ёмкости дигрессия растительности приобрела масштабный характер. На первую половину 90-х гг. ХХ в. приходится начало небывалого в истории сельского хозяйства России этапа, когда по разным причинам значительные (в отдельные годы до 50%) площади пашни стихийно были выведены из оборота, а пастбищная нагрузка из-за сокращения поголовья скота снизилась. Для части сельскохозяйственных земель региона начался период эволюции, ведущим фактором которого является естественное восстановление состава и свойств агроландшафтов. С 1993 г. в регионе ведутся работы по экологическому мониторингу земель [1]. Вместе с дополнительными исследованиями они позволили выявить некоторые изменения в агроландшафтах, связанные с современным этапом использования земель сельскохозяйственной категории.
Цель и методики исследования. Цель настоящего исследования сводилась к анализу полученных в результате мониторинговых наблюдений материалов и к попытке дать объяснение происходящим изменениям в растительных сообществах и почвенном покрове пашни и пастбищ. При разделении растительных группировок по степени сбитости использованы критерии, предложенные Миркиным [2]. Фракционногрупповой состав гумуса определяли по методике Тюрина в модификации Пономарёвой—Плотниковой [3]. Для разделения органического вещества почв на гидрофобные и гидрофильные фракции применён метод, разработанный Милановским [4]. Исследования физических свойств почв включали традиционные полевые и лабораторные методы [5].
Результаты исследований. Одним из объектов работы послужили чернозёмы обыкновенные водораздела рек Урала и Самары, представленного узким плато и склонами южной и северной
экспозиций, выведенного из пашни в 1995 г. и находящегося в залежи. В аналогичных условиях ландшафта по всем позициям склона находились участки, которые продолжали использоваться в пашне; их показатели служили в качестве объекта сравнения. Установлено, что вывод склоновых территорий из пашни не приводит к автоматическому снижению на них интенсивности эрозионных процессов. Более того в первые годы после трансформации выявлена интенсификация эрозионных процессов. На склоне южного направления исследуемого водораздела, структура почвенного покрова которого состояла из сочетаний полнопрофильных, намытых, слабо- и среднесмытых чернозёмов, через три года после перевода в залежь выявлены небольшие ареалы (80—150 м2) сильно эродированных почв. Это явление связано с несколькими факторами: с низким проективным покрытием бурьянистого сообщества, формирующимся в первые годы после трансформации пашни в залежь, не способным защитить почвенные агрегаты от прямого воздействия капель дождя, что приводит к утрате чернозёмом своего структурного состояния и к снижению водопроницаемости; с пониженным содержанием гумуса многолетней пашни, от которого зависит весь комплекс физических свойств почв; с высокой плотностью подпахотного слоя, которая составила 1,3—1,4 г/см3. Все перечисленные обстоятельства определили высокую эрозионную опасность почв склонов. Однако при более длительном периоде пребывания земель в состоянии залежи наблюдается обратная ситуация. Сукцессионный ряд залежного участка за время наблюдений был направлен в сторону восстановления степной флоры, когда на смену синантропным видам приходили виды естественных степных сообществ. Через 12—15 лет по всей длине склона сформировалась полынково-типчаково-ковыльная растительность (Stipa lessingiana Trin. е1 Rupr. + Festuca valesiaca Gaudin + Artemisia austriaca Jacq.) с проективным покрытием 40—50% и относительно высокой (до 200 ц/га) фитомассой. Армирование мочковатыми корневыми системами злаков верхнего слоя почв, начавшиеся процессы восстановления гумуса (в среднем на 0,4% в сравнении с пашней), снижение плотности подпахотного слоя до 1,22—1,31 г/см3 вместе с возрастанием скорости водопроницаемости с 75 до 115 мм/час в своей совокупности стабилизировали процессы эрозии. На плато водораздела растительный покров залежного участка к 2010 г. представлял собой ковыльно-типчаковое
(Festuca valesiaca Gaudin + Stipa lessingiana Trin. е! Rupr.) квазинатуральное сообщество. Ежегодный приток фитомассы составил здесь 255,8 ц/га. На пашне (посев пшеницы) запасы фитомассы не превышали 34,8 ц/га. Содержание гумуса в слое 0—20 см залежного и пахотного участков составило 6,0% и 4,4%, а его запасы 130,7 т/га и 103,8 т/га соответственно. Выявлена высокая степень гумификации органического вещества (более 40%) всех исследуемых образцов с тенденцией к снижению в почвах пашни. С такой же закономерностью изменяется и соотношение Сгк/Сфк: 2,1—2,5 под залежью и 1,7—1,9 на пашне. В почвах под естественной растительностью в составе фракций фульвокислот наблюдается преобладание фракции ФК-1, что косвенно свидетельствует об интенсификации процессов гумусообразования. Среди качественных характеристик гумуса необходимо отметить его амфифильные (гидрофобно-гидрофильные) свойства — возрастание в ряду пашня — многолетняя залежь доли гидрофобных продуктов гумификации, за счёт которых формируется структура почв. Отношение гидрофобных к гидрофильным фракциям составило 1,1 на пашне и 1,8 под залежью. Таким образом, на залежи за относительно короткий период произошло улучшение физико-химических свойств почв, благодарю чему на её территории зональная растительность восстановилась до квазинату-рального, близко к целинному состояния.
Исследование растительности на пастбищных экосистемах и изучение причин её трансформации осуществлялось в пределах южной лесостепи, в подзоне типичных чернозёмов, на террасе реки Малая Бокла. На момент начала мониторинговых наблюдений в 1997 г. травянистый покров территории состоял из небольших участков целинной растительности и территорий под сбитыми в различной степени сообществами. Целинная растительность была представлена разнотравно-узколистномятликово-луговоовсяницевым (Festuca pratensis Huds. + Poa angustifolia L. + Hypericum perforatum L.) растительным сообществом; слабосбитая — полынково-узколистномятликовым (Poa angustifolia L. + Artemisia austriaca Jacq.) с участием Stipa lessingiana Tr in. Et Rupr.; среднесбитая — луговоовсяницево-полынковым (Artemisia austriaca Jacq. + Festuca pratensis Huds.) сообществом; сильносбитая — мортуково-спорышовой (Polygonum aviculare L. + Eremopyrum orientale L.) растительностью, где помимо доминирующих видов присутствовали Verbascum phoeniceum L. и, единично Festuca pratensis Huds. На завершающем этапе работ в 2009 г. видовой состав целинного фитоценоза остался прежним. Слабосбитое полынково-узколистномятликовое сообщество преобразовалось в два близких к
целинным: в ковыльно-узколистномятликовое (Poa angustifolia L. + Stipa lessingiana Tr in. е! Rupr.) и в узколистномятликово-типчаковое (Festuca valesiaca Gaudin + Poa angustifolia L.). На месте среднесбитой луговоовсяницево-полынковой группировки сформировалось слабосбитое ковыльно-полынковое (Artemisia austriaca Jacq. + Stipa lessingiana Tr in. et Rupr.) сообщество. На участках, где ранее было распространено мортуково-спорышовое сообщество, растительность трансформировалась в типчаково-спорышово-полынковое сообщество (Artemisia austriaca Jacq. + Polygonum aviculare L. + Festuca valesiaca Gaudin). Здесь присутствуют виды, более свойственные среднесбитым фитоценозам: Echinops ruthenicus Bieb., Bromopsis inermis Leyss. (Holub.), Poa pratensis L. При выявлении причин происходящих с растительностью изменений учитывалось, что воздействие сельскохозяйственных животных на пастбищные экосистемы проявляется не только в чрезмерном стравливании вегетативных органов растений, часто до завершения периода обсеменения, но и в уплотнении почв давлением, оказываемым копытами скота на их верхний слой, которое достигает 5—7 кг/см2; при этом злаки с мочковатой корневой системой для своего роста и развития нуждаются в почвах с невысокой плотностью (когда сохранены межагрегатные и внутриагрегатные поры) по сравнению с представителями семейств со стержневой структурой корней, для которых плотность почв не является лимитирующим фактором. Сведение целинной растительности незначительно влияет на гумусное состояние почв, происходит лишь некоторое ухудшение качественных свойств гумуса. Гумус почв на сбитых пастбищах как бы законсервирован. В отличие от пашни, он здесь не окисляется под влиянием выхода нижележащих слоев почв на дневную поверхность. На момент начала мониторинговых работ содержание гумуса в корнеобитаемом слое (0—20 см) на целинном участке и на территории слабого сбоя составляло 10,8 и 10,2% соответственно, а на площадках среднего и сильного сбоя — 9,9 и 8,1%. За годы наблюдений выявлено незначительное возрастание содержания гумуса на всех участках на 0,1—0,3%. Данные по запасам гумуса в том же слое свидетельствуют об их увеличении в ряду целина — сильносбитое пастбище с 199,2-201,9 т/га в 1997 г. до 224,5-213,3 т/га в 2009 г. По результатам анализа фракционногруппового состава гумуса не удалось выявить динамики органического вещества изучаемых почв, которая могла бы повлиять на их экологические функции. Вместе с тем показано, что меняются его амфифильные свойства. По мере возрастания степени сбитости агроценозов отношение гидрофобных фракций органического
вещества почв к гидрофильным снижалось с 1,4 до 1,0, но за годы наблюдений оно проявило тенденцию к возрастанию и в 2009 г. составило ряд 1,4; 1,5; 1,3 и 1,2. Как следствие — изменяется структурное состояние чернозёмов. Если коэффициент структурности почв в ряду целина — сильносбитое сообщество в 1997 г. снижался с 2,4 до 1,1, то при завершении исследования он менялся по мере сбитости с 2,7 до 1,5. Восстановление структуры почв вызвало закономерное снижение их плотности. На время начала работ она возрастала по мере увеличения пастбищной дигрессии с 1,11 до 1,37 г/см3, а к 2009 г. плотность почв снизилась до 1,09—1,29 г/см3. В условиях оптимальной плотности дерновинные злаки с мочковатой структурой корней вновь обрели возможность для нормальной вегетации. Следовательно, с разуплотнением почв связано восстановление видового состава естественной злаковой растительности пастбищных экосистем.
Выводы. Рекомендации. Современный этап эволюции части сельскохозяйственных земель Оренбуржья связан со снижением антропогенного воздействия на них. На залежной патине он проявляется в изменении свойств черно-
зёмов в сторону восстановления их гумусного состояния и физических свойств, в зарастании её территории растительностью с доминированием злаков, в снижении, вплоть до прекращения, влияния на почвы эрозии. В пределах пастбищных экосистем это явление обнаруживает себя через разуплотнение почв и смену растительных сообществ с преобладанием разнотравья на злаковые фитоценозы, близкие по признакам к типично степным. Перечисленные обстоятельства являются предпосылками для пересмотра существующих представлений об устойчивости степных и лесостепных ландшафтов к антропогенному воздействию и о потенциальной способности почвенного и растительного компонентов биогеоценозов к самовосстановлению.
Литература
1. Степанова О. Б., Русанов А. М., Юров С А. и др. Мониторинг земель Оренбургской области. Оренбург, 2011. 28 с.
2. Миркин Б.М. Антропогенная динамика растительности // Итоги науки и техники. Сер. ботаника. 1984. № 5. С. 139—232.
3. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению. М.: Колос, 1980. 272 с.
4. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009.186 с.
5. Вадюнина А.Ф., Корчагина ЗА. Методы исследования физических свойств и грунтов. М.: Агропромиздат, 1986. 265 с.
