CC BY
126
Ищанова Г.У.
Оренбургский государственный университет Е-mail: gulmiraural@mail.ru
РОЛЬ ПОЧВЕННЫХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ НА ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ПРИМЕРЕ СТЕПНЫХ ПОЧВ СОПРЕДЕЛЬНЫХ С ЛЕСОМ
Исследовано влияние педобионтов на процессы образования почвы, а также последствия их изменений. Показана динамика в ряду «почвенные животные - фитоценозы - биоценоз». Установлено, что педобионты влекут изменения в растительности, а те в свою очередь, изменяя экосистему, меняют мезоклимат в частности и биоценоз в целом.
Ключевые слова: фитоценоз, мезоклимат, почвенная фауна.
Почва является важным компонентом существования биоценоза, ее физические и химические свойства, гидротермический режим водных источников определяют интенсивность энергетического обмена, а также процессы жизнедеятельности почвенных животных.
По мнению М.С. Гилярова одним из ведущих направлений почвенной зоологии прошлого столетия стало изучение педобионтов с целью повышения плодородия и продуктивности почв[3]. Роль животных в почвообразовании как особого биокосного тела отмечена и в классических трудах В.В. Докучаева.
Педобионты совершают работу огромного значения и составляют основу биоценозов. Деятельность животных в почве многогранна. Кроме непосредственной переработки растительного опада и обогащения почвы зольными элементами, азотом, микроэлементами они стимулируют активность микроорганизмов[4].
Благодаря высокому экологическому и видовому разнообразию, тесной связи с почвой и гидротермикой, почвенные животные являются весьма информативными индикаторами изменений окружающей среды. Структура педобион-тов отражает особенности почвообразовательного процесса и в значительной степени определяет уровень первичной продуктивности[7,13].
До настоящего времени активно проводятся исследования по изучению населения различных типов почв, взаимовлияние их друг на друга, однако экология почвообразования и роль педобионтов на почвообразовательные процессы изучена недостаточно.
Цель работы
Изучить влияние почвенных беспозвоночных на почвообразовательные процессы
на примере степных почв сопредельных с лесом.
Объект исследования
Объектом работ послужили обыкновенные черноземы настоящих степей западной части Общего Сырта, расположенные в непосредственной близости от Бузулукского бора.
Основным объектом работ послужила территория, примыкающая к Бузулукскому бору. Исследования проводились в 2006-2008 годах в пределах Оренбургского Предуралья, в границах Бузулукского и Грачевского административных районов Оренбургской области. Для детального изучения роли педобионтов был использован катеный подход. Пробные площадки были заложены на выровненных пространствах с малоизменной естественной растительностью и ненарушенным почвенным покровом, среднее расстояние между пробными площадками составило 7 км. Первый участок расположен в пределах настоящей степи в 35 км на восток от лесного массива, последний - в непосредственной близости к Бузулукскому бору[1].
Бузулукский район охватывает долину реки Самары, нижнюю и среднюю части бассейна ее притока р. Боровка, низовья рек Ток и Бузулук и верховье реки Кутулук. Геолого-гео-морфологический остов территории района образуют сыртово - увалистые равнины, сложенные песчаниками, аргиллитами и конгломератами нижнего триаса, а также плоские равнины, образованные на неоген-четвертичных рыхлых отложениях. Значительную часть района занимают современные речные долины.
Грачевский район расположен восточнее Бузулукского и охватывает верхнюю часть бассейна реки Боровки, долину среднего тече-
ния реки Ток и ее междуречья с Самарой и Бо-ровкой. На территории района прослеживается ландшафтная структура, характерная для всего бассейна реки Самары. Речные долины и междуречья имеют резко выраженное асимметричное строение, при котором водораздельная линия максимально приближена к высокому, холмистому и обращенному на юг правобережью рек.
Методы исследования
Для выявления почвенной фауны, как одного из компонентов почвообразования, использовались стандартные почвенно-зоологические методы: почвенные разрезы, прикопки и почвенные ловушки Барбера[3].
Кроме того, методы исследования включали традиционные лабораторные анализы и полевые наблюдения. Геоботаническое описание проводились методом заложения пробных площадок^]. Температура почвы измерялась путем заложения температурных датчиков на глубину 20 см. Интенсивность микробиологической активности почв оценивалась по снижению веса льняной ткани, помещенной в почву на 30 дней. Также традиционными методами изучались структурное состояние черноземов, плотность почвы, коэффициента впитывания[2]. В работе использованы материалы экологического мониторинга земель Оренбургской области [6].
Результаты и обсуждение
Рельеф Общего Сырта, в т. ч. и его западного блока, характеризуется пластово-ярусной структурой с останцами поверхностей выравнивания. Южная часть возвышенности постепенно снижается и выполаживается. На его территории преобладает широтное простирание тектонических структур, которые образуют единые блоки междуречий, ступенеобразно опускающихся на юг в сторону Прикаспийской впадины.
В геологическом строении западной части Общего Сырта принимают участие глинистые сланцы, мергели, песчаники, известняки, аргиллиты, алевролиты перми и триаса. К югу от р. Самары они сменяются юрскими и меловыми отложениями, состоящими из галечников, песчаников, песков, глин и мела. Здесь развит глубинный соляной и известняковый карст, в меньшей степени - поверхностный меловой и известняковый карст[1].
Почвообразующими породами западной части Общего Сырта являются красноцветные и желто-бурые карбонатные глины и доломиты пермского и триасового возрастов. Микроскопические исследования образцов пермской мергелистой глины показали, что большая часть их состоит из физической глины (15-70%) [1].
Метеорологическими наблюдениями на данном участке установлено, что высота снежного покрова повышается на реперных участках по мере приближения к лесному массиву, (рис. 2).
Различия в снежном покрове проявляются и в водном балансе, так, в метровой толще почв, запасы влаги в начале и в конце вегетационного периода равнялись на первой площадке 216,6 мм и, постепенно увеличиваясь, на более отдаленных участках составили 385,0 мм (6-я площадка).
Тепловой режим почв во многом определяет направление и интенсивность почвообразовательных процессов. От него зависят продолжительность вегетационного периода, видовой состав педобионтов и продуктивность растительного покрова. Выполненные (в период июль - сентябрь 2007 года) замеры температуры на глубине 20 см свидетельствуют о том, что по мере движения от степи к лесу температура почв имеет тенденцию к понижению[9,10].
Интенсивность биологической активности черноземов (по убыли льняной ткани), расположенных на последних трех ключевых участках, на 47 - 59% превосходили почвы, расположенные на противоположном краю катены. Также нужно отметить, что рН почвенного раствора меняется от слабощелочного (7,6) до слабокислого (6,6) к лесному массиву[11].
Травянистый покров меняется от злаковых до разнотравно-кострецовых фитоценозов, проективное покрытие и средняя высота травостоя увеличиваются также в сторону бора (табл. 1).
Таким образом, растительность на первых двух участках представлена в большей степени ксероморфными видами, а последующие площадки - сдвиг в сторону растений характерных для лесостепной зоны [12].
На изучаемой катене почвообразование идёт при взаимном влияние и взаимном дополнении биологических и климатических факторов, которые закономерно отражаются на свойствах почв. Так, морфологические исследования черноземов на пробных площадках показали последовательное увеличение мощности гуму-
Таблица 1. Состав и свойства фитоценозов на катене «степь-лес»
Показатели Фитоценоз; № площадки
1 2 3 4 5 6
Растительная формация полынково- ковыльно- типчаковый ковыльно- типчаковый разнотравно- ковыльно- типчаковый разнотравно- тонконоговый кострово- разнотравный разнотравно- кострецовый
Общее проективное покрытие,% 55-60 55-65 65-70 70-75 70-80 75-85
Средняя высота травостоя, см 35-45 45-50 50-60 50-65 65-70 65-75
Фитомасса надземная (ц\га) 25,83 30,08 51,62 52,25 107,7 85,5
Фитомасса подземная (ц\га) 142,07 141,38 175,51 164,07 301,5 171,8
подземная надземная 5,5 4,7 3,4 3,14 2,8 2,0
сово-аккумулятивного горизонта с 36 до 78 см на шестой точке опробования [11]. В том же направлении понижается глубина залегания карбонатов почв, так на первом участке отмечено вскипание от 10% раствора НС1практически с поверхности, на втором - 10-12см, а на последнем - 53 см (нижняя часть генетического горизонта АВ). Гранулометрический состав соответствует среднесуглинистым черноземам. Структура имеет следующую динамику: от порошис-то-глыбисто-мелкокомковатой, через глыбистомелкокомковатой к комковато-зернистой на последних двух площадках [12].
Также проводились исследования почвенной фауны, по итогам которых установлено, что на данной катене зарегистрированы представители 4 отрядов и 11 семейств. Наиболее разнообразен отряд Со1еор1ега. На рисунке 1 показано распределение семейств данного отряда по реперным участкам наблюдений.
Из графика видно, что всплеск как в видовом отношении, так и по количественным параметрам приходится на третью точку. Первый и последний участки находятся более обособлено и по видовому разнообразию в наибольшей степени отличны друг от друга. Особенно контрастно это явление проявляет себя внутри семейства ЕЫепёае, представители которых встречаются во всех точках отбора, но разнятся в видовом отношении. Облигатными для всех ключевых участков явились куколки долгоносика (СигеиИошёае), проволочники (Agriotes 8ри1а1ог). Представители Lumbricidae встречаются на последних трех площадках, на остальных они представлены в единичных случаях[5].
Отмеченные виды по экологическому пре-ферендуму можно объединить в следующие группы - лесные, луговые, лугово-полевые и степные мезофиллы. В направлении степь -лес наблюдается увеличение доли лесных и луговых видов, а доля степных и лугово-полевых уменьшается. Переходным является 3 участок, на котором отмечены виды как ксеро -, так и гигрофилы[8].
50
1 2 3 4 5 6
□ число семейств
■ численность в почвенных пробах (экз. на кв.м)
Рисунок 1. Распределение семейств отряда Соїеоріега по ключевым площадкам
О высота снежного покрова
Рисунок 2. Высота снежного покрова, см
Подобная динамика отмечена и в пищевых предпочтениях. Так, на участке с характерным ковыльно - типчаковым ценозом стенотопны-ми являются хищные представители, на кострецовом - разнотрвье- сапрофаги, на участке с разнотравно- типчаковой растительностью встречаются и те, и другие.
Все перечисленные выше факторы формирования почв на участке «степь - лес» значительно меняются в исследуемом пространстве. Судя по выявленной совокупности экологических условий почвообразования и влиянияпедо-бионтов на эти процессы можно отметить, что наибольшего разнообразия как в фаунистичес-ком, так и в флористическом отношениях достигают участки катены под номерами 3 и 4. Более того площадки расположенные на территории Грачевского сельсовета(1 и 2) подтверждают показатели характерные для степныхпочв степной зоны Предуралья. А участки ближе к лесному массиву(5 и 6)образуют почвы, которые соответствуют лесостепной зоне.
Заключение
В результате проведенных исследований были выявлены следующие закономерности. Лесные массивы, образовавшиеся в пределах степной зоны, через формирование вокруг
себя относительно влажного и мягкого мезок-лимата, меняют гидротермический режим почв. Следствием этих изменений стали перемены в биологическом факторе почвообразования, в смене видового состава естественной растительности и совокупности геобота-нических характеристик травянистых фитоценозов; кроме того в почве сформировался особый, не свойственный степной зоне видовой состав беспозвоночных животных, которые являются важной составляющей биологического фактора почвообразования. При этом почвенная фауна является не только производной смены условий обитания, но и сама активно участвует в почвообразовании. Из-мененияв показателях двух факторов почвообразования - климатического и биологического - закономерно отразились в морфологических, химических и физических свойствах почв.В результате вокруг лесасформирова-лись почвы, которые по всей совокупности признаков соответствуют черноземам лесостепной зоны.Полученные данные позволяют в определенной степени пересмотреть устоявшиеся представления о роли педобионтов в процессах почвообразования и трансформации почв степной зоны.
20.03.2013
Список литературы:
1. Блохин, Е. В. Экология почв Оренбургской области:моногр. / Е. В. Блохин. - Екатеринбург: Издательство Уральское отделение Российской академии наук, 1997. - 227 с.
2. Вадюнина, A.Ф. Методы исследования физических свойств и грунтов / A^. Вадюнина, ЗА. Корчагина. - М.: Aгропро-миздат, 1986. - 256с.
3. Гиляров, М. С. Зоологический метод диагностики почв / М. С. Гиляров. - М.: Наука, 1965. - 275 с.
4. Гиляров, М. С. Количественные методы в почвенной зоологии / М. С. Гиляров, Б. Р. Стриганова. - М.: Наука, 1987. - 287 с.
5. Ищанова, Г. У. К вопросу влияния инсулярных лесов степной зоны Предуралья на мезопедобионтов сопредельных территорий / Г. У. Ищанова // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2012. - №10. - С. 94-97.
6. Мониторинг земель Оренбургской области / О. Б. Степанова, A. М. Русанов, С. A. Юров, Д. Г. Поляков. - Оренбург: «Димур», 2011. -28 с.
7. Песенко, Ю. A. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях / Ю. A. Песенко. - М.: Наука, 1982. - 287с.
8. Русаков, A. В. Влияние Бузулукского бора на структуру населения герпетобионтных жесткокрылых (Insecta, Coleoptera) прилегающих территорий / A. В. Русаков, Г. У. Калиева, К. A. Христина // Известия Санкт-Петербургской лесо-техни-ческой академии / изд-во СПбГЛТA - Санкт-Петербург, 2008. - Вып. 182. - С. 254-260.
9. Русанов, A. М. Биоразнообразие растений и почв прилегающих к Бузулукскому бору ландшафтов / A. М. Русанов // Экология. - 2007. - №1. - С. 13-17.
10. Русанов, A. М. Бузулукский бор как фактор локальной инверсии почвенных подзон Высокого Заволжья / A. М. Русанов //География и природные ресурсы. - 2007. - №4. - С. 64 - 68.
11. Русанов, A. М. Влияние Бузулукского бора на биоразнообразие Высокого Заволжья / A. М. Русанов, A. В. Русаков // Вестник Российской академии естественных наук. - 2007. - Т. 2. - С. 70 - 73.
12. Русанов, A. М. Влияние Бузулукского бора на прилегающие ландшафты и свойства почв / A. М. Русанов и др.// Почвоведение.- 2008. - №. 2. - С. 146 - 152.
13. Стриганова, Б. Р. Изменения структуры и биоразнообразия животного населения почвы на лесостепной катене в Центральной России / Б. Р. Стриганова // Известия Российской Aкадемии Наук. Серия Биология. - 1995. - №2. - С. 191-208.
Сведения об авторе:
Ищанова Гульмира Уралтаевна, аспирант кафедры общей биологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 16206, тел. (3532) 372480, е-mail: fns@mail.osu.ru
UDC 631.4 Ishanova G.U.
Orenburg state university, e-mail: gulmiraural@mail.ru
THE ROLE OF SOIL INVERTEBRATES IN THE SOIL FORMATION PROCESSES ON THE EXAMPLE OF THE STEPPE SOILS ADJACENT TO THE FOREST
The effect of animals soil on the processes of soil formation, as well as the effects of their changes. Shows the trend in the number of «soil animals - communities - biocenosis». It is established, that animals soil lead to changes in vegetation, and they, in turn, changing ecosystem, mezzo climate change in particular, and biocenosis in General.
Key words: phytocenosis, mezzo climate, soil fauna.
Bibliography:
1. Blokhin, E. In. Ecology of soils of the Orenburg region: monograph / E. In. Blokhin. - Ekaterinburg: Publishing house of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences, 1997. - 227 p.
2. Vadyunina, A.F., Methods of investigation of physical properties and soils / A.F.Vadyunina, Z.A. Korchagin. - M.: Agrarian industry publishing house, 1986. - 256 p/
3. Gilyarov, M. S. Zoological method of diagnostics of soils / M. S. Gilyarov. - M.:Nauka, 1965. - 275 p.
4. Gilyarov, M. S. Quantitative methods in soil Zoology / M. S. Gilyarov, B. R. Striganova. - M.:Nauka, 1987. - 287 p.
5. Ischanova, G. U. To the question of the impact of insular forest steppe zone of the Urals on the soil fauna adjacent territories / G. U. Ischanova // Bulletin of the Orenburg state University. - 2012. - №10. - S. 94-97.
6. Monitoring of lands of the Orenburg area / O. B.Stepanova, A. M. Rusanov, S. A. Yurov, D. G. Poles. - Orenburg, 2011. -28 with.
7. Pesenko, YU., A. Principles and methods of quantitative analysis in faunal studies / YU.Pesenko. - M.:Nauka, 1982. - 287 p.
8. Rusakov, A. V. The impact of BuzulukskyBor on the structure of the population gerpetobionty of Coleoptera (Insecta, Coleoptera) of adjacent territories / A. V. Rusakov, G.U. Kalieva, K. A. Christina // Izvestiya-Saint-Petersburg forestry Academy publishing house of SPb FTA - St. Petersburgr 2008. - Vol. 182. - S. 254-260.
9. Rusanov, A. M. Biodiversity of plants and soils adjacent to the Buzuluk forest landscapes / A. M. Rusanov // Ecology. -2007. - №1. - S. 13-17.
10. Rusanov, A. M. The Buzuluk pine wood as a factor of local inversion of the soil of the subzones of the High Volga / A. M.
Rusanov // Geography and natural resources. - 2007. - №4. - S. 64 - 68.
11. Rusanov, A. M. The impact of BuzulukskyBor on the biodiversity of the High Volga / A. M. Rusanov, A. In. Rusakov //
Bulletin of the Russian Academy of natural Sciences. - 2007. - T 2. - S. 70 - 73.
12. Rusanov, A. M. The impact of BuzulukskyBor on the adjacent landscapes and properties of soils. A. M. Rusanov// Soilscience.- 2008. - no. 2. - S. 146 - 152.
13. Striganova, B. R. Changes in the structure and biodiversity of the animal population of the soil on forest-steppe катене in Central Russia / B. R. Striganova // Proceedings Of The Russian Academy Of Sciences. A Series Of Biology. - 1995. -№2. - S. 191-208.
