CC BY
29
УДК 631.46
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЗЕМОВ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ*
© 2014 г. М.А. Мясникова
Мясникова Маргарита Алексеевна — аспирант, кафед- Myasnikova Margarita Alekseevna — Post-Graduate Stu-ра экологии и природопользования, факультет биоло- dent, Department of Ecology and Nature Management, гических наук, Южный федеральный университет, Faculty of Biological Sciences, Southern Federal Universi-ул. Большая Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, ty, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006, Ruse-mail: [email protected]. sia, e-mail: [email protected].
Приведены результаты исследований эколого-биологических свойств почв особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Ростовской области. По значению интегрального показателя биологического состояния (ИПБС) почвы можно ранжировать следующим образом: Персиановская заповедная степь — Заповедная залежь «Приазовская степь» — залежь Ботанического сада ЮФУ. В качестве эталонного участка при исследовании антропогенного воздействия рекомендуется использовать черноземы обыкновенные Персиановской заповедной степи, так как участки остальных ООПТ находятся ещё на стадии восстановления.
Ключевые слова: эколого-биологические свойства, чернозем обыкновенный, особо охраняемые природные территории (ООПТ) Ростовской области.
The results of studies of ecological and biological properties of soil ofprotected areas (PA) Rostov region. Meaningfully integral indicator of biological condition of soil can be ranked as follows: Persianovskiy reserve steppe — the protected deposit "Azov steppe " — deposit Botanical Garden SFU. The reference section in the study of human impact is recommended to use ordinary black Persianovskiy reserve steppe, as other areas of PA are still in the recovery stage.
Keywords: ecological and biological properties, ordinary chernozem, protected areas of Rostov region.
За последние 100-200 лет облик нашей страны был сильно изменен хозяйственной деятельностью человека. Степная зона России стала одной из территорий, подвергшейся большой антропогенной нагрузке на ландшафты. Под степной растительностью юга России сформированы черноземы. В первую очередь распашка земель приводит к уничтожению степной растительности, обеднению животного мира и деградации почв [1, 2].
На юге России осталось очень мало целинных территорий степных участков [3 - 5]. В связи с этим возникают сложности при исследовании воз-
действия антропогенных факторов на степные ландшафты, так как почти не осталось эталонных участков, с которыми могли бы сравниваться антропогенно-измененные ландшафты. Особо охраняемые природные территории (ООПТ) являются важным инструментом в сохранении природных экосистем. Они играют важную роль в сохранении природных ландшафтов, разнообразия растительного и животного мира.
Цель исследования - изучение изменений эколого-биологических свойств черноземов обыкновенных карбонатных ООПТ Ростовской области.
* Исследование выполнено при государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).
Объекты исследований:
1. ООПТ «Персиановская степь» занимает площадь 66 га. Как заповедник существует с начала ХХ в. Располагается в 6 км к востоку от ж.д. Персиановка и 5 км от автострады Ростов-Шахты или в 10 км к северу от г. Новочеркасска. Плакорная степь в верховье балки Хорули в междуречье реки Грушевки и балки Сухая Кадамовка. Персиановская заповедная степь -уникальный степной целинный участок, образец исчезающей природы донских степей. Почва - чернозем обыкновенный (северо-приазовский) карбонатный среднемощный на лессовидном суглинке [4, 6, 7].
2. ООПТ «Приазовская степь» занимает площадь 15 га; существует как залежь с 1939 г. Расположена в 2 км на запад от железнодорожной остановочной площадки «Танаис» и в 2 км на юг от автострады Ростов-Таганрог. Плакорная степь на водоразделе. Почва - чернозем обыкновенный (северо-приазов-ский) карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидном тяжелом суглинке [3, 6, 8 - 10].
3. Ботанический сад ЮФУ занимает площадь 160 га с разнообразным рельефом, почвами, растительностью. Расположен в северо-западной части Ростова н/Д. На территории Ботанического сада располагается участок «Приазовская степь» общей площадью свыше 10 га. Она состоит из трех участков, один из которых - это старовозрастная залежь, достигшая пырейно-типчаковой стадии зацелинения, расположенная на пологом водораздельном склоне. Черноземы обыкновенные южно-европейской фации (североприазовские) на территории сада являются преобладающими почвами.
Проведенные исследования включали изучение ферментативной активности почв, содержание гумуса. Повторность опытов 4-6-кратная. Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых в почвоведении, экологии и биологии методов [4]. Исследованы плотность, твердость почв, активность каталазы, инвертазы, перокси-дазы (ПО), полифенолоксидазы (ПФО), а также важнейший показатель почвенного плодородия - содержание гумуса.
Для определения различий в уровне биогенности и биологической активности разных почв определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы [11]. Он оценивает совокупность биологических показателей, выраженных в разных единицах, и позволяет абстрагироваться от случайных колебаний, характерных для большинства биологических параметров. Для расчета ИПБС максимальное значение каждого из показателей в выборке принимается за 100 % и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в остальных образцах.
Б1 = (Бх / Бтах) х 100 %, где Б1 - относительный балл показателя; Бх - его фактическое значение; Бтах -его максимальное значение.
После этого рассчитывается средний оценочный балл изученных показателей. ИПБС почвы определяют аналогично расчету относительного балла показателя.
Проведенные исследования показали, что плотность почвы минимальна на участке Персиановской степи - 0,98 г/см3, а на участках «Приазовской степи» и Ботанического сада ЮФУ она колеблется от 1,03 г/см3 до 1,19. Руководствуясь оценкой плотности пахотного слоя почвы по Н.А. Качинскому, выявлено, что почва уплотнена только на участке Ботанического сада. Наиболее оптимальные условия в пахотном горизонте для большинства растений создаются при плотности 1,0-1,2 г/см3, т.е. на наших участках - оптимальные условия для роста растений. При таких показателях плотности почва хорошо водопроницаема и влагоемка.
Твердость почвы, измеренная с помощью пенетрометра, отражает то противодействие, которое испытывает корень растения во время роста. Максимальное давление корней на почву находится в диапазоне 0,9-1,3 МПа. По данным других исследователей, рост корней прекращался при сопротивлении 0,8-5,0 МПа. Таким образом, показания пенетрометра, которые превышают 5 МПа, свидетельствуют об уплотненной почве, которая противодействует росту корней, что влияет на первичную продуктивность растительности [12]. Наши исследования показали, что минимальная твёрдость по всему профилю наблюдается в «Приазовской степи» (рис. 1). До глубины 10 см наибольшая твёрдость наблюдается на участке Ботанического сада, а с глубины 15 см твердость на этом участке и на Персиановской степи сильно не отличается.
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 МПа
0
5 Л.
ч \
ю s Л
N 'Л
\ и
25 \\
I .1
30 » \ V
' , _Персианов-
I , ская степь
= Приазовская степь
Ботанический сад ЮФУ
Рис. 1. Твёрдость почв ООПТ Ростовской области
Содержание гумуса - наиболее важный показатель плодородия и экологического состояния почв, определяющий выполнение ею экологических функций. Наибольшее содержание гумуса наблюдается на участке Персиановской степи, отличия между «Приазовской степью» и Ботаническим садом незначительные (рис. 2), причем они наблюдаются по всему профилю. Персиановская заповедная степь - уникальный массив сохранившейся целинной растительности и почвенного покрова Приазовья. «Приазовская степь» и Ботанический сад ЮФУ - залежи, находящиеся на стадии восстановления.
40
0,00
2,00 4.00
■ Q0
8,00
// у // /
/V /
/'/ /
// /
•• / /
•/ /
1 /
t / / Персианов-
/ ская степь
/ Приазовская
/ / степь
/ Ботанический
сад ЮФУ
См
Рис. 2. Профильное распределение содержания гумуса в почвах ООПТ Ростовской области
При изучении почвенного плодородия значительное внимание уделяется окислительно -восстановительным ферментам - ПФО и ПО. ПФО играют важную роль в процессах гумификации, оказывают защитное действие на почву, разлагая различные ксенобиотики, участвуют в превращении органических соединений ароматического ряда в компоненты гумуса, ПО осуществляют окисление органических веществ почв за счет кислорода, перекиси водорода и других органических перекисей. Влияние ПО направлено на окисление гумусовых веществ как единственного источника энергии, и поэтому считается, что она влияет на минерализацию гумусовых веществ [13-15]. Отмечены незначительные отличия активности ПО и ПФО между исследуемыми участками в верхнем горизонте (рис. 3 а, б).
1-4 парабенэохинона на 1 г почвы за 30 мин
0,00
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 См
1,00
2,00
3,00
V
\
\ 1 к
\ 4 \ \
\
Т |
\
• \
L 1 г. 1
J_| \ \
б ¡1 гирфйзомокоомвмл мл £ г rwiaiw
30 мим
0.00 1.00 2.00 3,00
а
Персиановская степь;
Приазовская степь;
Ботанический сад ЮФУ
Рис. 3. Профильное распределение активности полифенолоксидазы (а), пероксидазы (б), каталазы (в) и инвертазы (г) в почвах ООПТ Ростовской области
По профилю происходит увеличение активности этих ферментов на всех исследуемых участках, за некоторым исключением. Так, активность ПФО снижается до глубины 20 см, а затем увеличивается на участке Ботанического сада ЮФУ. Выявлена тесная отрицательная корреляция между содержанием гумуса и ПФО (r = - 0,89), а также между содержанием гумуса и ПО (r= - 0,99).
Maксимальная каталазная активность наблюдается в Персиановской степи, наименьшая - в Ботаническом саду (рис. 3в). Вниз по профилю происходит снижение её активности, исключение составляет Пер-сиановская степь, где происходит незначительное увеличение активности каталазы на глубине 20 см.
Отмечены незначительные отличия инвертазной активности между исследуемыми участками как в верхнем горизонте, так и по всему профилю (рис. 3г). Наблюдается более резкое снижение инвертазной активности вниз по профилю до глубины 20 см, затем её активность снижается более плавно.
В расчет ИПБС включили содержание гумуса, активности каталазы и инвертазы, учитывалось их профильное распределение. Из рис. 4 видно, что значение ИПБС максимально в Персиановской степи. По значению ИПБС почвы можно ранжировать следующим образом: Персиановская степь - «Приазовская степь» - Ботанический сад ЮФУ.
100
40 -
ю -
то -
«о 4-
SO -
40
» -
А) • 10 -О -
Ik-ptMKatua [ ТП» Прютпиапл» кимггсшАгадоФУ
Рис. 4. ИПБС почв ООПТ Ростовской области
В результате проведенных исследований установлено, что в качестве эталонного участка при исследовании антропогенного воздействия лучше использовать черноземы обыкновенные Персиановской степи, так как участки остальных ООПТ находятся ещё на стадии восстановления.
Литература
1. Казеев К.Ш., Колесников С.И, Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов н/Д, 2004. 350 с.
2. Казеев К.Ш., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биогеография и биодиагностика почв Юга России. Ростов н/Д, 2008. 226 с.
3. Вальков В.Ф., Казадаев А.А., Гайдамакина Л.Ф., Пере-музова ЛА., Пелипенко О.Ф., Стаев А.А., Нечепуренко В.Э. Биологическая характеристика чернозема обыкновенного // Почвоведение. 1989. № 7. С. 67 - 74.
4. Казадаев А.А., Булышева Н.И., Кременица А.М., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Абрамова Т.И. Некоторые биологические особенности чернозема обыкновенного Нижнего Дона (целинный участок ООПТ «Персиановская степь») // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Приложение. 2004. № 4. С. 91 - 100.
5. Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Колесников С.И. Атлас почв Юга России. Ростов н/Д, 2010. 128 с.
6. Красная книга почв России: Объекты Красной книги и кадастра особо ценных почв / науч. ред. Г.В. Добровольсткий, Е.Д. Никитин М., 2009. 576 с.
7. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Ростовской области. Ростов н/Д, 2012. 492 с.
8. Даденко Е.В., Прудникова М.А., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Применение показателей ферментативной активности при оценке состояния почв под сельскохозяйственными угодьями // Изв. Самарского науч. центра. 2013. Т. 15, № 3(5). С. 1274 - 1277.
9. Прудникова М.А., Даденко Е.В., Ермолаева О.Ю., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Использование биологических показателей в мониторинге постагрогенных черноземов // Изв. Самарского науч. центра. 2013. Т. 15, № 3(5). С. 1406 - 1409.
10. Прудникова М.А., Даденко Е.В., Казеев К.Ш., Ермолаева О.Ю., Колесников С.И. Биологические свойства залежных черноземов Ростовской области // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. № 89 (05). URL: http://ej.kubagro.ru/2013/05/pdf/17.pdf (дата обращения: 11.02.2014).
11. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д, 2012. 260 с.
12. Кунах О.Н., Балдин А.А. Экологический аспект твердости почвы в пристенной дубраве // Вюник Днгпропет-ровського унгверситету. Бюлогш. Екологш. 2011. Вип. 19, т. 1. С. 65 - 74.
13. Щербакова Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества. Мн., 1983. 220 с.
14. Петерсон Е.В., Курыляк Е.К. Свободная и связанная пероксидаза почв // Почвоведение. 1982. № 5. С. 60 - 67.
15. Русанов А.М., Анилова Л.В. Гумусообразование и гумус лесостепных и степных черноземов Южного Преду-ралья // Почвоведение. 2009. № 10. С. 1184 - 1191.
Поступила в редакцию_12 марта 2014 г.
