CC BY
40
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2018, том 24, № 3 (76), с. 67-80
——— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ———
УДК 581.5
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВАХ ПРИЕРГЕНИНСКОЙ РАВНИНЫ (РЕСПУБЛИКА КАЛМЫКИЯ)1
© 2018 г. Н.М. Новикова*, М.В. Конюшкова**' ***, С.С. Уланова****
*Институт водных проблем РАН Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. E-mail: nmnovikova@gmail.com **Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россия, 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 7, стр. 2. E-mail: mkon@inbox.ru ***Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 ****Институт комплексных исследований аридных территорий Россия, 358005, Республика Калмыкия, г. Элиста, ул. Хомутникова, д. 111 E-mail: svetaulanova@yandex.ru
Поступила 04.12.2017
Изучено современное постмелиоративное состояние растительности и почв на Приергенинской равнине (Северо-Западный Прикаспий, Калмыкия) после глубокой мелиоративной вспашки, оросительных мероприятий и лесоразведения, произведенных в 1950-60-е годы, и пребывания в залежном состоянии (орошение прекращено с 1971 года, периодическая распашка - с 1984 года). Под сохраняющимися лесонасаждениями и на залежных землях на месте ранее орошаемой пашни сформировался однородный почвенный покров, в котором практически трансформировались морфологические и физико-химические особенности исходных почв солонцового комплекса (солонцов и светло-каштановых солонцеватых почв). В почвенном профиле все еще выделяются пахотный (0-45 см) и подпахотный (50-60 см) горизонты, они рассолены, в них уменьшилось содержание обменного натрия. Все эти почвы относятся к одному типу агроземов солонцовых глубокозасоленных.
Деревья в яблоневом саду без полива погибли на 6-7 год. На участках, где в лесонасаждениях производился полив, деревья сохранились лишь частично, семенное возобновление отмечено только у лоха (Elaeagnus angustifolia), вяза мелколистного (Ulmus pumila), смородины золотистой (Ribes aureum) и порослевое - у груши (Pyrus communis). На выпадах древесных культур поселились кустарники, культивируемые в лесополосах, а также виды трав местной флоры, однако сообщества имеют большее видовое богатство и формируют большую надземную фитомассу по сравнению с окружающей целинной растительностью. Современный видовой состав и структура травяных растительных сообществ позволяют считать, что идет восстановительная сукцессия, сформировались сообщества, близкие по видовому составу естественным сообществам, приуроченным к каштановым почвам с господством полыни Лерха (Artemisia lerchiana), ромашника (Tanacetum achilleifolium) и злаков (Festuca valesiaca, Stipa lessingiana). На участках с мелиорацией без орошения восстановление ведет к формированию сообществ, близких по составу сообществам целинных солонцов. Ключевые слова: мелиорация, Прикаспийская низменность, солонцы, орошаемое лесоразведение с поливом, орошаемая пашня, растительные сообщества, видовое богатство, надземная фитомасса, засоление почв. DOI: 10.24411/1993-3916-2018-10027
На территории Республики Калмыкия в начале 1950-х годов был создан Аршань-Зельменский
1 Работа выполнена по программе № 19 Президиума РАН, гранту РФФИ № 16-04-00570 и теме НИР ИВП РАН «Современные тенденции динамики экосистем в условиях изменяющегося климата и антропогенных воздействий».
научный стационар Института лесоведения Академии наук СССР, одна из задач которого заключалась в проведении опытных работ по мелиорации природных комплексов, позволяющих в условиях дефицита влаги и засоления почв повышать их продукционный потенциал и расширять спектр видов землепользования. Основное внимание уделялось лесоразведению, т.к. существование лесных насаждений и лесополос до сих пор рассматривается как один из основных способов борьбы с опустыниванием (Национальная программа ..., 1995). На возвышенности Ергени и Приергенинской равнине были заложены четыре опытных участка (рис. 1) с разными видами обработки почв, посадками древесных растений и трав, а на Приергенинской равнине в течение длительного времени проводилось орошение древесных посадок и посевов однолетних и многолетних сельскохозяйственных культур.
Данная работа входит в цикл исследований, посвященных изучению и оценке состояния природных комплексов аридных территорий, испытавших ранее трансформацию под влиянием гидромелиоративного антропогенного воздействия и в настоящее время развивающихся в естественном режиме. В предыдущей публикации было показано (Новикова и др., 2009, 2012; Конюшкова и др., 2011), что под влиянием фитомелиорации на возвышенности Ергени в почвах и растительности произошли устойчивые изменения, которые сохраняются в течение длительного времени после вмешательства человека.
Рис. 1. Схема размещения опытных участков Аршань-Зельменского стационара. Условные обозначения: 1 - опытные участки стационара; 2 - нумерация опытных участков стационара (1-111 -Ергенинские, IV - Аршань-Зельменский); 3 - геоморфологические районы (/ - Ергенинская возвышенность, 2 - Приергенинская равнина, 3 - Сарпинская ложбина, 4 - Сарпинская низменность); 4 - границы Субъектов РФ, 5 - граница Сарпинского административного района Калмыкии, 6 -границы геоморфологических районов.
В лесополосах, на месте выпавших древесных культур сформировались агросолонцы с травяно-полукустарничковыми растительными сообществами, близкими по составу к природным. Исходные сильно засоленные солончаковые многонатриевые корковые и мелкие солонцы хлоридно-сульфатного и сульфатно-хлоридного химизма трансформировались в агроземы солонцовые солончаковатые и глубокозасоленные слабой степени засоления, содово-сульфатного химизма или с повышенной щелочностью в средней части почвенного профиля с рассолонцованным пахотным
слоем. Под сохранившимися лесонасаждениями, почвы которых до мелиоративного воздействия были каштановыми, сформировались антропогенно-измененные почвы, не имеющие аналога в целинных условиях.
На участках с солонцовыми почвами древесные виды выпали, сформировались агроземы солонцовые с травяными растительными сообществами с доминированием грудницы волосистой (Galatella villosa), типчака (Festuca valesiaca), ромашника (Tanacetum achilleifolium), по видовому составу близкие растительным сообществам мелких западин целинных территорий. Благодаря увеличению производимой в этих сообществах фитомассы, приближающейся к значениям наиболее высокопродуктивных естественных ценозов с доминированием ковылей, вдвое увеличился биологический круговорот веществ.
Произошедшее изменение в почвах и растительности исходных солонцов было оценено как устойчивая мезофитизация экосистемы по сравнению с исходными, до фитомелиорации, которая сохраняется длительное время после снятия антропогенного воздействия.
Особенностью исследования, представленного в данной статье, в отличие от упомянутого выше, является то, что рассматривается другая территория (Приергенинская равнина), и более глубокое антропогенное воздействие: помимо фитомелиорации здесь длительное время посадки древесных видов поливались, посевы на пашне орошались. Под влиянием комплексного мелиоративного воздействия, длившегося с 1951 по 1970 гг., произошла трансформация почв и растительности.
Цель данной работы заключается в выявлении сохраняющихся устойчивых свойств, внесенных мелиорацией и изменениях, произошедших в природных комплексах после прекращения мелиоративного воздействия в течение длительного времени (27 лет). Полученные результаты и составляют новизну данной работы.
Район и объекты исследования
Приергенинский ландшафтный район представляет собой пологонаклонную равнину, протягивающуюся неширокой субмеридиональной полосой вдоль восточного подножия возвышенности Ергени. Она спускается на восток и сливается с Сарпинской ложбиной или Сарпинской низменностью (рис. 1). Абсолютные высотные отметки изменяются от 10-13 м н.у.м БС в западной и до 5-6 м н.у.м. БС в восточной части, с незначительным уклоном местности 0.012-0.015°. В геоморфологическом отношении данная территория представляет собой комплекс морских террас, осложненный делювиальными процессами. В меридиональном направлении поверхность пересекается более или менее параллельными потяжинами; хорошо выражен микрорельеф.
Как полоса бывшей прибрежной фации Каспия, эта территория характеризуется сложным литологическим строением. Поверхность сложена засоленными глинами и суглинками морского генезиса и перекрыта более молодыми, часто опресненными песчано-суглинистыми отложениями -выносами ергенинских балок. Почвообразующими породами являются делювиальные суглинки, которые перекрывают толщу чередующихся слоев морских отложений хвалынской трансгрессии различной мощности и гранулометрического состава (песчаных, супесчаных, суглинистых иногда с небольшими глинистыми прослойками; Зайцев, 1955; Поляков, Антипов-Каратаев, 1955). Чередование слоев и их мощность варьируют даже на небольшом расстоянии.
Район исследования располагается в южной подзоне степной зоны (опустыненных степей) со светло-каштановыми почвами. Отличие его от возвышенности Ергени в том, что здесь сильнее выражена комплексность почв и растительности, а грунтовые воды более засоленные. Расположение почв и растительности по микрорельефу также отличается от Ергеней. В микропонижениях на лугово-каштановых почвах развиты разнотравно-типчаково-ковыльные (Stipa2 spp.+Festuca valesiaca+ Mixteherbosa) растительные сообщества, а в еще более глубокие понижениях - сообщества с пыреем ползучим (Elytrigia repens), мятликом узколистным (Poa angustifolia), бескильницами (Puccinellia spp.). На выровненных участках преобладают солонцы c полукустарничками - черной полынью (Artemisia pauciflora), камфоросмой (Camphorosma monspeliacum). На микроповышениях развиваются солонцеватые светло-каштановые почвы и солонцы с более глубоко залегающим солонцеватым горизонтом. Здесь, среди черной полыни, распространены: прутняк (Kochia prostrata),
2 Латинские названия растений приведены по работе К.С. Черепанова (1995). АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2018, том 24, № 3 (76)
типчак (Festuca valesiaca), житняк пустынный (Agropyron desertorum), острец (Leymus ramosus), грудница шерстистая (Galatella villosa) и др. (Нижнее Поволжье ..., 1948; Зайцев, 1955; Борликов, 2001).
Для оценки трансформации солонцовых комплексов под влиянием распашки, фитомелиорации и орошения Приергенинской равнины использовались материалы исследований на IV-м участке Аршань-Зельменского стационара за период 1951-1970 гг. (рис. 1), включающие краткую информацию о приуроченности растительных сообществ к элементам солонцового комплекса и более развернутую информацию о почвах: почвенную карту участка (М 1:1000; Зайцев, 1955) до мелиорации, данные химического анализа почвенных разрезов и описание всего опытного участка.
В солонцах Приергенинской равнины отмечается меньшее содержание гипса по сравнению с солонцами Ергеней: в верхнем метре его содержание не превышает 0.9%. Что касается засоления, то легкорастворимые соли отмечаются ближе к поверхности, чем у солонцов Ергеней, с 10-18 см, иногда с 26 см (у средних солонцов). По всему профилю преобладает хлорид натрия, а в солонцовых и подсолонцовых горизонтах отмечается при слабом засолении содово-хлоридный и хлоридно-содовый химизм засоления. Ранее в исследованиях на опытном участке Аршань-Зельменского стационара, расположенном на Приергенинской равнине, отмечалось (Зайцев, 1972), что солонцы здесь бессодовые. Сильное хлоридное и сульфатно-хлоридное засоление проявляется с 18-33 см и по всему профилю.
Таким образом, солонцы Приергенинской равнины в отличие от солонцов Северных Ергеней отличаются преобладанием в почвенном профиле хлорида натрия, более близким залеганием с поверхности солей и гипса. В солонцовых горизонтах отмечается содово-хлоридное или хлоридно-содовое засоление (Новикова и др., 2010, 2011).
На IV опытном участке Аршань-Зельменского стационара на глубине 3-3.5 м, ниже толщи суглинистого состава, залегают плотные засоленные шоколадные глины мощностью 5-6 м в его западной части, и 3-4 м - в восточной. Под этими глинами на глубине 6-7 м расположена песчаная водоносная толща, в которой содержатся грунтовые минерализованные воды (17-19 г/л) сульфатно-хлоридного химизма. Их глубины в пониженной части (под лесонасаждениями) составляли до орошения 5-6 м, и они находились под напором вод более высокой (западной части участка), где глубины их залегания достигали 7 м. По мнению участников опыта (Пак, 1958; Зайцев, 1961, 1972), грунтовые воды оказывали существенное влияние на соленакопление в почвенно-грунтовой толще во время проведения опыта.
Согласно исследованиям Н.М. Зайцева (1955), составившего почвенную карту на IV опытный участок в масштабе 1:1000, в почвенном покрове преобладали преимущественно среднестолбчатые лугово-степные солонцы. По классификации Прикаспийской экспедиции, используемой Н.М. Зайцевым (1955, 1961), к среднестолбчатым солонцам были отнесены солонцы с мощностью надсолонцового горизонта 6-12 см, т.е. по современной классификации относящиеся к мелким и средним солонцам. На рисунке 2 представлена часть этой карты в генерализованном виде. В почвенном профиле до глубины 100-110 см преобладали хлориды, глубже - сульфаты. Это соотношение составляло от 3:1 до 1:3.
Карбонаты отмечались на границе солонцового и подсолонцового горизонтов, а их максимум на глубинах 30-50 см. Близкое залегание карбонатов к поверхности при очень незначительном содержании гипса с 60-80 см (максимум на глубине 190-200 см), предопределило их вовлечение в пахотный слой при глубокой мелиоративной вспашке.
Светло-каштановые почвы относятся к слабозасоленным (в конце первого метра), хлоридного химизма, а глубже 1 м засоление среднее хлоридное, средне- и/или сильно хлоридно-сульфатное. Карбонаты отмечались с 20 см с максимумом на глубине 35-65 см. Гипс в небольших количествах отмечается со 160 см.
На исследуемом участке до проведения опытов растительный покров был слабо сомкнутым, общее проективное покрытие составляло 30-40%. К светло-каштановым солонцеватым почвам были приурочены типчаково-лерхоополынные (Artemisia lerchiana-Festuca valesiaca) сообщества, к солонцовым - лерхополынно-прутняковые (Kochia prostrata-A. lerchiana) и к корковым солонцам -лерхополынно-чернополынные (Artemisia pauciflora-A. lerchiana; Власов, Зайцев, 1950).
Схема проведения опыта. Площадь опытного участка составляет 30.6 га (900 м с севера на юг и
350 м с запада на восток), из которых восточная половина была отведена под лесонасаждения, а западная - под сельскохозяйственные и садовые культуры (рис. 2).
Рис. 2. Схема опытного участка и расположение разрезов на почвенной карте. Условные обозначения к рисункам 2 и 4: 1 - солонцы мелкие и средние, 2 - светло-каштановые почвы, 3 - лугово-каштановые почвы; точки на участках: 35 - сад без полива; 36 - сад с поливом; 37, 39, 41 - древесные насаждения с поливом; 38, 40, 42 - пашня с орошением; 43 - пашня без орошения (контроль); 44 -целина.
Подготовка почвы началась в 1951 году. Были проведены сначала мелкая (22-25 см), а затем глубокая плантажная (40-45 см) вспашка, дискование, планировка поверхности, двухлетнее парование, нарезка борозд (Власов, Зайцев, 1950; Зайцев, 1961, 1972). В 1953 году были посажены саженцы вяза мелколистного (Ulmus pumila), скумпии (Cotinus coggygria), яблони (Malus domestica), груши (Pyrus sp.) и посеяны в лунки желуди дуба черешчатого (Quercus robur). В 1956 году были заложены дендрарий с 80 видами деревьев и кустарников, в том числе 25 видов тополей и яблоневый сад. Оросительные нормы из расчета оптимального увлажнения (от 100 до 70% влажности от полевой влагоемкости) составляли 3.8-6 тыс. м3/га в год.
В опытах с сельскохозяйственными культурами на фоне глубокой мелиоративной обработки, парования и двухлетнего орошения сначала была посеяна яровая пшеница, а затем многолетние травы, преимущественно люцерна, при суммарной подаче поливной воды 8000 м3/га.
Для орошения использовалась вода из Аршань-Зельменского водохранилища, минерализация которой в первые годы составляла 1.05-1.25 г/л, а в период 1959-1968 гг. возросла до 2-3 г/л, а соотношение катионов Na к сумме катионов Ca+Mg составляло сначала 1, а потом 2. Среди анионов
преобладали хлориды, при повышенном содержании Mg (Уланова, 2014; Уланова, Новикова 2017).
Изменение природных комплексов при проведении опыта 1951-1970 гг. Итоги, подведенные Н.М. Зайцевым в 1970 г. (Зайцев, 1972) после прекращения обводнения и использования участков, показали, что в результате антропогенного воздействия (глубокая обработка, лесонасаждения, орошение) в солончаковых сильно засоленных солонцах хлоридного и сульфатно-хлоридного химизма средне- и многнатриевых, существенно изменился не только морфологический, но и солевой профиль. Орошение оказало существенное влияние на солевой профиль почв в связи с развитием в засушливых условиях ряда процессов (Власов, Зайцев, 1950; Зайцев, 1955, 1972). С одной стороны, оросительные воды, атмосферные осадки и дренирование передвигающейся по уклону верховодки в толще почво-грунта оказывают опресняющее действие. С другой стороны, выносимые соли накапливаются в верховодке и капиллярный подъем приводит к засолению приповерхностных горизонтов, иссушавшихся в межполивной период. Кроме того, с поливной водой в почву дополнительно привносятся растворимые соли.
В трансформации солевого профиля антропогенно-измененных солонцов отмечаются два этапа. В первые 5-7 лет при регулярном орошении (1959-1960 гг.; Зайцев, 1955, 1961, 1972) легкорастворимые токсичные соли были промыты на глубину промачивания (до 1 м и глубже). Хлориды и сульфаты, Na и Mg - до 120-150 см. Содержание поглощенного натрия снизилось под молодым древостоем и в пахотном слое до 6-8% от суммы поглощенных оснований почвы.
В конце 1950-х годов на территории опытного участка как под лесопосадками, так и под люцерной на глубине 1-4.5 м стала формироваться верховодка (Поляков, Антипов-Каратаев, 1955; Зайцев, 1961, 1972). Минерализация вод составляла от 8 до 70 г/л. Формированию верховодки способствовали просачивание оросительных вод и фильтрация из подающих воду каналов, проходящих в центре поля. Из-за оттока грунтовых вод по уклону с западной стороны участка к юго-востоку на участке лесопосадок (район дендрария, точка 41) верховодка сомкнулась с грунтовыми водами и сохранялась здесь на глубине 4 м даже в течение четырех лет после прекращения полива. Так, по материалам Н.М. Зайцева (Зайцев, 1972), содержание легкорастворимых солей (хлориды натрия) под вязом мелколистным (Ulmuspumila) в слое 40-60 см увеличилось в 1964 г. по сравнению с 1958 г. вдвое.
В период нерегулярного и разового орошения (1961-1967 гг.) под влиянием верховодки в почвенном слое до 80-100 см отмечается слабое хлоридно-содовое и содово-хлоридное засоление. Высокому содержанию солей на глубине 120-150 см способствовал их вынос весной при снеготаянии и влагозарядковые поливы осенью. Поливная вода с минерализацией 2 г/л также оставляла легкорастворимые соли в почвенной толще.
В опытах с сельскохозяйственными культурами отмечалось рассоление верхнего метрового слоя и незначительное уменьшение содержания поглощенного натрия в пахотном слое (Пак, 1958). В последние годы здесь проявилось вторичное засоление, но опубликованных исследований о процессах вторичного засоления ранее рассоленных солонцов нет.
Таким образом, исследования прошлых лет показали сложность и разнообразие форм вторичного засоления при фитомелиорации с орошением почв солонцовых комплексов Приергенинской равнины.
Методы исследования
Методические подходы и методы исследования природных комплексов в постмелиоративный период. Полевые работы проводили с 2005 по 2008 гг. в соответствии с почвенной картой 1955 г. и с учетом схемы опыта. Заложили разрезы и траншеи до глубины 180-200 см и 250-300 см (рис. 2): под лесонасаждениями - 6 траншей, на залежи, ранее используемой под пашню, - 7 разрезов, на целине -4 разреза. Отобрали 128 образцов грунта и почв на химизм их солевого состава.
Исследования проводились на антропогенно измененных солонцах под лесонасаждениями скумпии (Cotinus coggygria), вяза мелколистного (Ulmus pumila), груши (Pyrus communis) и др. (точки 37, 39) и на участке дендрария (точка 41), на образовавшейся залежи на месте пашни (точки 38, 40, 42 с поливом и точка 43 - без полива, контроль), на территории погибшего сада (с поливом - точка 36, без полива - точка 35), а также на целинной почве, расположенной рядом с опытным участком (точка 44).
В качестве критериев трансформации почв использовались: морфологические, химические и
физико-химические свойства почв. В качестве показателей их динамического состояния использовались: сохранность пахотного горизонта, глубина рассоления профиля, засоление, химизм, глубина залегания солей, их состав, щелочность, присутствие карбонатов, содержание поглощенного натрия и классификационные признаки типов и подтипов почв, приведенные в работе «Классификация и диагностика почв России» (Шишов и др., 2004).
Цель геоботанических исследований состояла в том, чтобы охарактеризовать современную растительность участков, ранее по-разному мелиорированных, выявить все еще сохраняющиеся изменения, внесенные мелиорацией и оценить ее «динамическое состояние». Учитывая комплексность растительности и почв, присущую исследуемому району, участки ключевых геоботанических описаний располагали в непосредственной близости от почвенных разрезов. Таким образом, в 2008 г. были сделаны описания 10 ключевых геоботанических площадок 10х10 м вблизи каждого из разрезов и траншей, а для оценки функционирования и хозяйственной ценности растительности были отобраны укосы трав в трехкратной повторности на площадках 50х50 см, которые впоследствии высушивались до воздушно-сухого состояния и полученный вес пересчитывался в ц/га.
Геоботанические описания на территорию опыта до его закладки, отсутствуют, поэтому полученные во время полевых работ 2005-2008 гг. ботанические материалы на разных участках опыта рассматривались и сопоставлялись между собой по двум группам в зависимости от предыдущего воздействия - были ли они под пашней или под древесными насаждениями, с орошением и без него, и затем сравнивались с аналогичными данными на целинном участке. В качестве основного критерия было использовано видовое богатство и показатели его изменения (количество и фитоценотическое значение видов, их жизненность, изреживание и усыхание, представленность основных жизненных форм (однолетники, многолетники, древесные виды), структура надземной фитомассы травяного яруса (присутствие видов разных хозяйственных групп: злаки-разнотравье). В качестве дополнительных показателей при выявлении динамического состояния растительных сообществ использовалось присутствие видов-индикаторов разных стадий восстановительной сукцессии после орошения, описанной Р.Р. Джаповой (2007), их обилие и проективное покрытие, возобновление древесных и кустарниковых видов и их число на учетной площадке.
Результаты и обсуждение
Как показали исследования (Новикова и др., 2011), в почвах на изучаемой территории под воздействием распашки и длительного орошения произошла трансформация исходных солонцов в почвы, не встречающиеся в целинных условиях. Все эти почвы относятся к одному типу агроземов текстурно-карбонатных глубокозасоленных. В настоящее время произошедшие изменения сохраняются. В почвенном профиле выделяются пахотный (0-45 см) и подпахотный (50-60 см) горизонты, они рассолены, в них уменьшилось содержание обменного натрия. Под ранее орошаемой пашней (точки 38, 40, 42) и на участке с лесопосадкой (точка 37) рассоление распространяется на максимальную глубину до 100 см, под бывшим садом с поливом (точка 36) - на глубину 80 см, а на остальных участках с лесопосадками и садом без полива - на глубину пахотного горизонта - до 40 см, под неорошаемой пашней (точка 43) - на глубину пахотного горизонта - 20 см, а под целинным солонцом почва не засолена на глубину 30 см.
Изучение растительности проводилось в 2005-2008 гг. одновременно с изучением почв. В таблице представлены геоботанические данные, полученные одновременно на всех участках в мае 2008 г. Анализ таблицы показывает, что для ранее мелиорированных участков характерно намного большее флористическое богатство (61 вид) по сравнению с целинным (32 вида) при 22 общих. При рассмотрении геоботанических описаний и укосов учитывалось, что это данные весенних наблюдений. Весной на мелиорированных и целинных участках массово развиваются эфемеры и эфемероиды, они способствуют повышению общего проективного покрытия (ОПП) до 50-80% в сравнении с 30-40% в летний период и формируют обильную надземную фитомассу.
О долговременных устойчивых изменениях в растительности в результате фитомелиорации можно судить по тому, что посаженные в 1953 г. лесонасаждения частично сохранились (точки 37, 39), но их видовой состав изменился: в настоящее время преобладает смородина золотистая (Ribes аигеит), из древесных видов произрастают скумпия (СоШш coggygria), вяз мелколистный (и^тш
pumila), жимолость татарская (Lonicera tatrica), в изреженном и угнетенном состоянии существует одичавшая груша (Pyrus communis), отдельные экземпляры дуба черешчатого (Quercus robur). На образовавшиеся выпады древесных видов распространились виды трав местной флоры, характерные для растительности солонцового комплекса: грудница шерстистая (Galatella villosa), кермеки каспийский и Гмелина (Limonium caspium, L. gmelinii), типчак (Festuca valesiaca). На территории дендрария (точка 41) сохраняются древесные насаждения: груша, дуб черешчатый, лох длиннолистный (Elaeagnus angustifolia), вязы мелколистный и гладкий (Ulmus pumila, U. laevis). На большей части территории все еще сохраняется сухостой отмерших деревьев. Современное возобновление древесных видов отмечено только у лоха и вяза мелколистного, смородины золотистой. Для груши характерно порослевое возобновление.
Бывший яблоневый сад с поливом (точка 36) и без полива (точка 35) и орошаемая пашня в настоящее время представляют собой многолетнюю залежь с травяным растительным покровом (табл.), в котором преобладают мятлик живородящий (Poa bulbosa), грудница шерстистая, ромашник (Tanacetum achilleifolium), острец (Leymus ramosus), полыни Лерха, сантонинная и черная (Artemisia lerchiana, А. santonica, A. pauciflora), с небольшим обилием присутствуют ковыли перистый и Лессинга (Stipa capillata, S. lessingiana). На залежных участках бывшей орошаемой пашни (точки 38, 40, 42) большую часть проективного покрытия (до 50%) дают рудеральные эфемеры хориспора (Chorispora tenella) и дескурайния (Descurainia sophia), в то время, как проективное покрытие многолетних видов не превышает 20%.
Видовое богатство на участках опыта с насаждениями древесных растений (точки 37, 39, 41), значительно выше, чем на участках, ранее использованных под пашню (точки 36, 38, 40, 42) и целинного (точка 44). Здесь также шире спектр жизненных форм растений: все еще присутствуют древесные и кустарниковые виды (табл., рис. 3). В составе травяного яруса ведущую роль играют многолетники, а на бывшей пашне преобладают однолетние виды, преимущественно эфемеры.
Фитомасса целинного участка и контрольного (табл., рис. 4, точки 44 и 43) ниже, чем на большинстве ранее мелиорированных. Наиболее высокие значения отмечены на участках бывшей пашни (точки 38, 40). Фитомасса травяного яруса древесных сообществ сопоставима (точки 41 и 37), но может быть и значительно ниже (точка 39). Самое низкое значение фитомассы зарегистрировано на участке, занятом ранее садом без полива (точка 35), ее значение ниже, чем на участке с садом с поливом (точка 36) и на целинном. На всех участках бывшей пашни (точки 38, 40, 42) фитомасса сформирована разнотравьем, на участке дендрария (точка 41) - только злаками. На остальных участках преимущественно разнотравьем с участием злаков. В формировании надземной фитомассы значительная роль принадлежит эфемерам. Запасы надземной фитомассы имеют высокую тесноту связи (г=0.84) с глубиной рассоления почв.
Современное динамическое состояние растительных сообществ на территории опытного участка было оценено на основании близости видового состава ранее мелиорированных и целинных участков c помощью коэффициента Жаккара и представлено в виде дендрограммы (рис. 5).
Ее анализ показал, что наиболее близки друг другу (Кж=0.4) пары сообществ, сформировавшихся на участках со сходной мелиорацией: на залежи орошаемой пашни (точки 38 и 40), орошаемых лесокультур (точки 37 и 41) и сада с поливом и пашни без полива (точки 36 и 43). Для растительных сообществ первой пары характерно преобладание видов-однолетников и сорнотравья - хориспоры и дескурейнии, для участков с лесопосадками все еще характерно присутствие наибольшего числа видов древесных видов растений и кустарников.
В последнем случае пара выделяется видовым составом, приближающим ее к растительности корковых солонцов, т.к. на обоих участках ведущую роль в сообществах играют полыни черная и сантонинная, характерные для естественных биотопов корковых солонцов. Видовой состав растительности всех ранее мелиорированных участков имеет очень низкое сходство с видовым составом целинного участка (точка 44).
Динамическое состояние постмелиоративных участков было оценено на основании видов-индикаторов стадий восстановительной сукцессии. В исследованиях Р.Р. Джаповой (2007) было показано, что на залежных участках, где применялось орошение, восстановительные сукцессии приобретают затяжной характер, возрастает количество стадий. На I-й, бурьянистой стадии, значительное участие принимает бассия (Bassia sedoides). На II-й стадии (5-8 лет) возрастает роль
полыней Artemisia santonica, A. austriaca. Внедрение и возрастание ценозообразующей роли Artemisia lerchiana происходит только на третьей стадии, а многолетних дерновинных злаков - на четвертой. Восстановление условно коренных фитоценозов с доминированием Stipa capillata, S. lessingiana, Festuca valesiaca и субдоминантами Artemisia lerchiana, A. austriaca, Tanacetum achilleifolium происходит позже, на пятой стадии восстановительной сукцессии.
Таблица. Характеристика растительных сообществ на опытных и на целинных участках.
Характеристики Опытные участки Целина Индикатор стадии сукцессии
35* 36* 37* 3 00 * 39* 40* 41* 42* 43* 44*
Тип почвы АГс Агс Агс Агс Агс Агс Агс Агс Агс СН
Предварительная обработка на глубину 45 см + + + + + + + + - -
Лесомелиорация + + + - + - + - - -
Полив - + + + + + + + - -
Число видов 11 16 34 10 21 15 21 19 19 17
ОПП трав 80 80 60 80 50 60 60 70 40 80
№№ укосов 3 2 1 11 10 9 7 6 8 5
Фитомасса, ц/га 230 610 940 1080 460 1110 540 1110 680 320
Деревья нет нет 3 нет 4 нет 5 2 нет нет
Elaeagnus angustifolia 1 1
Populus album 1
Pyrus communis 4 1 10 1
Quercus robur 1 1
Ulmus laevis 1 1
Ulmus pumila 1 1 1
Кустарники нет нет 3 нет 2 нет 2 нет нет нет
Acer tatarica 1
Cotinus coggygria 1 1
Lonicera tatarica 7
Ribes aureum 10 1 2
Полукустарнички 2 3 2 1 нет 1 1 1 2 2
Artemisia lerchiana 5 5 1 1 1 10 15 II
Artemisia pauciflora 5 20 IV
Artemisia santonica 20 10 1 15 20 II
Kochia prostrata 5 III
Многолетние травы 6 5 14 1 8 6 8 7 5 10
Acroptilon repens 5
Artemisia austriaca 50 1 10 II
Festuca valesiaca 1 IV
Galatella villosa 20 1 40 III
Galium spurium 1 1 5 1
Galium verum 20 1
Lamium amplexicaule 1 20 1 1 1
Leymus ramosus 40 1 1 1
Limonium caspium 1
Limonium gmelinii 1
76 ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА МЕЛИОРИРОВАННЫХ СОЛОНЦОВЫХ ... Продолжение таблицы.
Характеристики Опытные участки Целина Индикатор стадии сукцессии
35* 36* 37* 38* 39* 40* 41* 42* 43* 44*
Limonium platyphyllum 5
Linum usitatissimum 1
Phleum phleoides 5
Phlomis pungens 1
Poa bulbosa 50 70 5 1 1 1 5 80
Potentilla erecta 5
Ranunculus auricomus 5
Salvia aethiopis 1
Seseli tortuosum 1 1 5
Stipa capillata 5 IV
Stipa lessingiana 10 5 1 1 5 IV
Tanacetum achilleifolium 5 50 5 1 1 5 III
Tanacetum vulgare 5
Taraxacum officinalis 5 1 1 1 5 1 5 5
Trachomitum scabrum 1
Tulipa biebersteiniana 1 5
Tulipa gesneriana 5
Tulipa sp. 1
Verbascum phoeniceum 1
Двулетники нет нет 2 нет нет 1 1 1 нет нет
Scorzonera cana 5 1 1
Tragopogon dubius 1 1
Однолетники 3 8 9 8 7 7 6 8 12 5
Adonis aestivalis 1
Alissum desertorum 1 1
Anisantha tectorum 1 1 5
Arabidopsis toxophylla 1
Atriplex sagittata 1 10 1 1 1
Atriplex tatarica 1
Bassia sedoides 1 1
Camelina sylvestris 5 10
Chorispora tenella 1 1 1 15 1 40 1 20 1
Descurainia sophia 1 1 60 1 10 1 20 1 5
Eremopyron triticeum 20 1 1 1 1
Erophila verna 5
Erysimum canescens 1
Fumaria vaillantii 1 1 5
Holosteum umbellatum 1
Lappula squarosa 1 5 1 5 1 1
Lepidium perfoliatum 1 1 1
Lepidium ruderale 5 1
Neslia paniculata 10 1 1
Продолжение таблицы.
Характеристики Опытные участки Целина Индикатор стадии сукцессии
35* 36* 37* 3 00 * 39* 40* 41* 42* 43* 44*
Nonea lutea 1
Polygonum aviculare 5 1
Polygonum patulum 1
Polygonum sp. 1
Serratula erucifolia 1
Ceratocephala testiculata 1 1 5 1 1 1 1 1
Лишайник нет нет нет нет нет нет нет нет нет 1
Leucanora esculenta 15
Стадия сукцессии IV IV IV II IV IV IV III V V II, III, IV, V
Примечания к таблице: * - растительные сообщества: 35 - Poa bulbosa-Artemisia santonica+Galatella villosa с участием Stipa lessingiana, 36 - Poa bulbosa+Artemisia austriaca+A. santonica+A. pauciflora с участием Tanacetum achilleifolium, 37 - Pyrus communis-Ribes aureum-Tanacetum achilleifolium+Leymus ramosus с участием Stipa lessingiana, 38 - Descurainia sophia+Lamium amplexicaule+Artemisia santonica, 39 - Galatella villosa-Ulmus pumila+Pyrus communis с участием Tanacetum achilleifolium, Stipa capillata, 40 - Chorispora tenella+Descurainia sophia с участием Tanacetum achilleifolium, Stipa lessingiana, 41 - Mixteherbosa-Pyrus communis с участием Stipa lessingiana, 42 - Chorispora tenella+Descurainia sophia+Artemisia lerchiana+Galium verum c участием Pyrus communis, Ulmus laevis, 43 - Tanacetum achilleifolium+Artemisia santonica+A. pauciflora, 44 - Poa bulbosa+Artemisia austriaca+Kochia prostrata; для деревьев и кустарников приведено количество экземпляров на 100 м2, для травяных растений - проективное покрытие в %. Почвы: АГс - агроземы солонцовые3, СН -солонцы.
40
35 37 39 41 43 36 38 40 42 44 Точки наблюдения
■ 1 Ш 2 ИЗ В4 Е3 5
Рис. 3. Структура современного видового богатства растительных сообществ на исследуемых участках. Условные обозначения: 1 - древесные виды, 2 - кустарники, 3 - полукустарнички, 4 -многолетние травы, 5 - однолетние травы. Пояснение к точкам и участкам в подписи к рисунку 2.
Учитывая последовательность смен видов-индикаторов мы, на основании их представленности в растительных сообществах (табл.), оценили направление и стадию сукцессии, характерную для каждого из них. Оказалось, что растительность большинства участков за постмелиоративный период
3 АГс - агроземы солонцовые - почвы, не имеющие аналогов в природе по морфологическим и физико-химическим свойствам, образовавшиеся из мелких и средних сильно засоленных солончаковых солонцов в результате комплексной мелиорации (распашка + орошение).
прошла большой путь в направлении восстановления коренных сообществ зонального типа и в настоящее время находится на 4 стадии, индикаторами которой являются вселение видов полыней и дерновинных злаков.
Рис. 4. Надземная фитомасса травяного яруса растительных сообществ на мелиорированных участках. Условные обозначения: 1 - разнотравье, 2 - злаки.
Рис. 5. Дендрограмма сходства видового состава растительных сообществ, сформированных на участках, испытавших воздействие (точки 35-43), и целинных землях (точка 44).
Подтверждением предложенной Р.Р. Джаповой стадийности восстановительной сукцессии может служить растительное сообщество Artemisia lerchiana+Galium verum+Chorispora tenella+Descurainia sophia c участием Pyrus communis, Ulmus laevis, сформировавшееся на участке, ранее используемом под пашню (точка 42). Здесь в небольшом количестве сохраняются виды-индикаторы первых трех стадий: бассия, характерная для начальной бурьянистой стадии сукцессии, полынь сантонинная, индикатор второй стадии сукцессии. В то же время сукцессия продвинулась далее и в растительном сообществе на этом участке с небольшим обилием встречены полынь Лерха, ромашник, что позволяет отнести динамическое состояние этого участка к началу III стадии. Структура сообщества
все еще имеет бурьянистый характер и преобладают в нем однолетние сорные виды-эфемеры: хориспора и дескурайния. Со временем можно ожидать либо стабилизацию видового состава сообщества на этой стадии, увеличение роли многолетних видов, либо продвижение далее, внедрение ковылей и переход к следующей стадии развития. Вселение самосева древесных видов сближает видовой состав этого сообщества с более продвинутыми в сукцессионном развитии сообществами участков бывшего дендрария (41 - Mixteherbosa-Pyrus communis с участием Stipa lessingiana) и лесопосадок (37 - Pyrus communis-Ribes aureum-Tanacetum achilleifolium+Leymus ramosus с участием S. lessingiana), находящимся в начале IV стадии из-за присутствия S. lessingiana. Это предпоследняя стадия перед формированием заключительного квазиклимаксного сообщества, характерного для светлокаштановых почв. Иными словами, можно считать, что сукцессионный процесс в рассмотренных сообществах идет по пути, характерному для формирования растительности светлокаштановых почв, а и гидромелиорация способствовала улучшению устойчивых свойств почв, поддерживающих более высокие хозяйственные характеристики растительности, нежели исходные на солонцах. В настоящее время эти сообщества по видовому богатству и величине надземной фитомассы близки или превышают аналогичные показатели целинных на солонцах (рис. 3, 4). По аналогичному пути развиваются сообщества на других участках бывшей пашни (точка 40) и лесопосадок (точка 39), в их составе уже присутствуют ковыли (Stipa capillata, S. lessingiana), что позволяет отнести эти сообщества к началу IV стадии сукцессии.
Сообщество Descurainia sophia+Lamium amplexicaule+Artemisia santonica (точка 38) находится на самой низкой (II) стадии сукцессии среди ранее мелиорированных. Здесь сообщество имеет зарослевый характер, господствуют однолетние виды-эфемеры, полынь сантонная принимает участие с небольшим обилием. На этом участке самое низкое видовое богатство (только 10 видов) и низкая надземная фитомасса.
Современное растительное сообщество на участке, ранее занятом садом с поливом (36 - Poa bulbosa+Artemisia austriaca+A. santonica+A. pauciflora с участием Tanacetum achilleifolium) находится на IV стадии. Оно наиболее близко по видовому составу залежного неорошаемой пашни (43 -Tanacetum achilleifolium+Artemisia santonica+A. pauciflora) и развивается в ином направлении, к формированию квазикоренного сообщества, характерного для солонцов c доминированием черной полыни. Как видим, развитие растительной сукцессии в этом направлении приводит к тому, что видовое богатство и надземная фитомасса в этом сообществе ниже, чем на целине.
Выводы
Длительное антропогенное воздействие (глубокая мелиоративная вспашка, лесоразведение, возделывание сельскохозяйственных и садовых культур с применением орошения), вызвали существенные изменения свойств солонцовых почв Приергенинской равнины, которые сохраняются и по истечении длительного (более 27 лет) постирригационного периода. По сравнению с естественной растительностью, развитой на целинных солонцах, растительный покров, сформировавшийся на мелиорированных землях, имеет большее видовое разнообразие и большую надземную фитомассу трав. На участках, где сохраняются древесные лесокультуры, видовой состав современных растительных сообществ богаче, а надземная фитомасса травяного яруса ниже, чем на землях, используемых под пашню, где фитомасса формируется преимущественно однолетними видами растений-эфемеров. Запасы надземной фитомассы имеют высокую тесноту связи (r=0.84) с глубиной рассоления почв.
Древесные виды выпали или сохраняются в усохшем состоянии. На образовавшиеся выпады распространились виды местной флоры, характерные для солонцового комплекса: грудница шерстистая (Galatella villosa), кермек каспийский и Гмелина (Limonium caspium, L. gmelini), типчак (Festuca valesiaca).
Растительные сообщества на залежи отличаются более высокой густотой и видовым богатством, чем на целинных солонцах, преобладают однолетние виды-эфемеры. На бывших лесопосадках более успешно, чем на бывшей пашне идет зарастание полынями Лерха и сантонинной.
Видовой состав и структура современного растительного покрова на мелиорированных землях свидетельствуют о том, что в травяном покрове развивается восстановительная сукцессия. Динамическое состояние большей части растительных сообществ может быть отнесено к началу 4
стадии, предшествующей субклимаксовому состоянию, т.к. в растительных сообществах принимают участие виды - доминанты и субдоминанты естественных сообществ, характерных для каштановых почв: полынь Лерха (Artemisia lerchiana), грудница (Galatella villosa), ромашник (Tanacetum ahilleifolium), ковылок (Stipa lessingiana), но в настоящее время обилие их низкое, распределение видов неравномерное.
Использование этих земель в качестве пастбищ возможно, но они в кормовом отношении менее ценные, чем целинные, а использование под пашню без полива невозможно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Борликов Г.М. 2001. Природное районирование Российского Прикаспия и перспективы его освоения // Эколого-
географический Вестник Юга России. № 3-4. С. 33-41. Власов С.И., Зайцев Н.М. 1950. Защитные лесонасаждения в орошаемых условиях Прикаспийской низменности // Полезащитное лесоразведение на Ергенях и Прикаспийской низменности. Труды института леса. Т. XLII. М.: Изд-во АН СССР. С. 99-131. Джапова Р.Р. 2007. Динамика растительного покрова Ергенинской возвышенности и Пркаспийской низменности в пределах республики Калмыкия. Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Москва: МГУ, Биологический факультет. 47 с. ЗайцевА.М. 1955. Почвы четвертого опытного орошаемого участка // Почвенный и растительный покров
Аршань-Зельменского стационара. Труды института леса. Т. XXVIII. М.: Изд-во АН СССР. С. 177-197. Зайцев Н.М. 1961. Водный и солевой режим солонцовых почв под орошаемыми лесными насаждениями // Почвенно-мелиоративные условия Ергеней и Северо-Западной части Прикаспийской низменности. М.: Изд-во АН СССР. С. 139-163.
Зайцев Н.М. 1972. Изменение солевого профиля солонцового комплекса под орошаемыми лесонасаждениями // Защитное лесоразведение на комплексах светло-каштановых почвы и солонцов Калмыкии. М.: Изд-во АН СССР. С. 25-80. Классификация и диагностика почв СССР. 1977. М.: Колос. 223 с.
Конюшкова М.В., Новикова А.Ф., Новикова Н.М. 2011. Устойчивые изменения солонцового комплекса под влиянием лесомелиоративного воздействия // Актуальные проблемы обеспечения продовольственной безопасности юга России. Материалы международной конференции. Ростов-на-Дону, 27-30 сентября 2011 г. Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН. С. 204-207. Новикова А.Ф., Конюшкова М.В., Контобойцева А.А.. 2011. Изменения свойств солонцов Приергенинской равнины Калмыкии в условиях лесомелиорации в результате длительного антропогенного воздействия // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. Вып. 69. С. 87-99. Национальная программа действий по борьбе с опустыниванием в Республике Калмыкия. 1995 / Ред.
Э.Б. Габунщина. Элиста: Джангар. 188 с. Нижнее Поволжье (физико-географическое описание). 1948 / Ред. А.А. Григорьев, Г.Д. Рихтер. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 135 с.
Новикова А.Ф., Габченко М.В., Беспалов В.П. 2009. Изменение почв солонцовых комплексов Ергеней в
результате длительного антропогенного воздействия // Почвоведение. № 4. С. 391-402. Новикова А.Ф., Конюшкова М.В., Новикова Н.М., Климанов А.В., Вышивкин А.А. 2010. Засоление почв
солонцовых комплексов северной Калмыкии // Аридные экосистемы. Т. 16. № 1 (41). С. 46-56. Новикова Н.М., Новикова А.Ф., Конюшкова М.В. 2012. Антропогенная трансформация почв и растительности в
результате лесоразведения в опустыненных степях // Поволжский экологический журнал. № 2. С. 216-230. Пак К.П. 1958. Мелиорация солонцов Прикаспийской низменности в условиях орошения и культуры
многолетних трав // Вопросы мелиорации солонцов. М.: Изд-во АН СССР. С. 43-70. Поляков Ю.А., Антипов-Каратаев И.М. 1955. Природные условия района деятельности Аршань-Зельменского
стационара // Труды института леса. Т. XXVIII. М.: Изд-во АН СССР. С. 5-54. Уланова С.С. 2014. Экологическая паспортизация искусственных водоемов Кумо-Манычской впадины в
пределах Республики Калмыкия. Элиста: Джангар. 180 с. Уланова С.С., Новикова Н.М. 2017. Экологическое состояние искусственных водоемов Калмыкии, оцененное по
показателю химического загрязнения ПХЗ-10 // Вода: химия и экология. Т. 4. С. 10-21. Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств. С.-Пб.: Мир и семья-95. 992 с. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. 2004. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. 341 с.
