Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ И АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Симонович Е.И. 1 Гончарова Л.Ю. 1
1 Академия биологии и биотехнологии Южного федерального университета
Проведенный анализ сезонной динамики агрохимических показателей (содержание гумуса, NPK) и почвенной биоты (клещей и ногохвосток) на залежных участках каштановых почв Юго-Востока Ростовской области позволил выявить следующие закономерности: к осени рН почвенного раствора снижается, а содержание гумуса увеличивается. Это связано как с поступлением органики, так и с замедлением процессов минерализации гумуса в связи с высокой температурой воздуха и низкой влажностью почв. Количество NH4+ и NO3- к осени уменьшается, что тоже объясняется снижением биологической активности и климатическими показателями. Численность почвенной биоты каштановых почв снижается осенью. Следовательно, динамика биологической активности связана с климатическими и почвенными показателями. Количество микроартропод коррелирует прямо пропорционально с содержанием гумуса и обратно пропорционально с уровнем рН каштановых почв (с увеличением щелочности почв их численность снижается). Численность микроартропод минимальна при рН ˃8,09.
микроартроподы
гумус
каштановые почвы
залежь
агрохимические показатели
1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. – М.: МГУ, 1989. – С. 170-189.
2. Булышева Н. И. Микроартроподы (Acarina, Collembola) в пахотном горизонте черноземов обыкновенных и каштановых почв Нижнего Дона: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Ростов-на-Дону, 2004. – 25 с.
3. Вальков В. Ф., Колесников С. И., Казеев К. М. Почвы юга России: классификация и диагностика. – Ростов-на-Дону, 2002. – 170 с.
4. Евсеева Н. В. Особенности гумусообразования в черноземах обыкновенных карбонатных при внесении биологически активных веществ: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Ростов-на-Дону, 2002. – 23с.
5. Казадаев А. А., Кременица А. М., Симонович Е. И., Булышева Н. И., Везденеева Л. С. Почвенная фауна и плодородие почв. – Ростов-на-Дону НМЦ «Логос», 2008. – 130 с.
6. Минеев В. Г. Практикум по агрохимии. – М.: МГУ, 2001. – С. 140 –160.
7. Садименко П. А. Почвы юго-восточных районов Ростовской области. – Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1966. – 128 с.
8. Симонович Е. И. Сезонная динамика комплекса микроартропод в залежах юго-восточных районов Ростовской области // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 3; URL: http://www.science-education.ru/123-19135 (дата обращения: 19.05.2015).
9. Симонович Е. И. К вопросу о формировании комплекса микроартропод юго-востока Ростовской области // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 6. – С. 133-134.
10. Balogh J. Lebensgemeinschaften der Landtiere, ihre Erforschung unter be-sonderer Berucksichtigung der zoozonologischen Arbeitsmetoden. B.; Budapest, 1958. 260 р.

Современный растительный покров степной зоны – поля различных агрофитоценозов, разделенные линиями искусственных лесополос. От нетронутой степи остались лишь небольшие участки. Чаще всего под степью сейчас понимают не целину, а залежь, т.е. участок земли, исключенный из хозяйственной деятельности человека. На таком поле сначала появляются только сорные растения, а затем с каждым годом в травостое все больше и больше начинают появляться растения, характерные для степи. Если участок будет предоставлен самому себе, постепенно он превратится в настоящую целину, практически неотличимую от девственной степи. Таким образом, протекает процесс естественного остепнения [2].

Результаты исследований ряда авторов показали, что на залежных участках в зависимости от времени остепнения угодий происходит смена растительных сообществ с увеличением видового разнообразия от сорных растений к типичным степным сообществам. Этот процесс влечет за собой увеличение численности всех исследуемых групп мелких членистоногих – почвенных клещей и ногохвосток [8,9].

По данным Н. В. Евсеевой [4], установлено изменение физических и химических свойств чернозема обыкновенного на разновозрастных залежах. Отмечено улучшение структурного состояния почв, повышение коэффициента структурности и водопрочности почвенных агрегатов (5-летняя – 3,04 и 0,92; 70-летняя – 3,46 и 1,44), изменяется качественный состав гумуса за счет увеличения содержания доли кислот и уменьшения доли негидролизуемого остатка. Содержание гумуса возрастает в ряду 5-; 15-; и 70-летних залежах (соответственно 2,68-2,74-3,40 %).

Это объясняется тем, что в деструкции органического вещества, скапливающегося в пахотном горизонте почвы, принимают участие различные группы мелких членистоногих, выполняющие роль регуляторов микробиологической активности, формирующие многозвеньевые сукцессионные ряды по мере минерализации субстрата и его дальнейшей гумификации.

В силу своих физических особенностей (высокий уровень смертности и быстрое наращивание численности) мелкие членистоногие наиболее чутко и быстро реагируют на изменение гидротермического и химического состава почв. Так, в летний период (июль) из-за высоких температур и низкой влажности почвы в пахотных горизонтах наблюдается резкое снижение численности микроартропод, а также видового состава и количества особей ногохвосток.

Таким образом, мелкие членистоногие (клещи, ногохвостки) вместе с микрофлорой ускоряют процесс минерализации органических остатков, что делает микроартропод важными почвообразователями [5].

Цель настоящих исследований – выявить закономерности сезонной динамики агрохимических показателей залежных участков каштановых почв юго-восточных районов Ростовской области и их влияние на почвенную биоту (клещей и ногохвосток).

Объекты и методы исследований

Район исследований относится к сухостепной зоне юга Европейской территории России и находится на равнинной территории западных склонов Южных Ергеней. Сухостепная зона только в Южном федеральном округе России занимает около 5575 тыс. га.

Каштановые почвы – основной зональный тип почв сухих степей – формируются под влиянием ксерофитной растительности, покров которой изреженный и низкорослый со степенью покрытия около 50–70 %. Для настоящих степей Приазовья запас фитомассы составляет 130–140 ц/га, в сухих степях – меньше 100 ц/га, а для сухих солонцеватых степей – 39-59 ц/га [8]. Ежегодный прирост также в 2,5–3 раза меньше, чем в настоящих степях. В структуре фитомассы преобладают подземные органы. Запасы мортмассы в степях близки к запасам фитомассы.

Формирование комплексности почвенного покрова – характерная черта почв сухих степей [2;3]. Основные причины комплексности: микрорельеф, различный характер увлажнения и солонцового режима, солонцеватость почв, вынос землероями на поверхность засоленного грунта и, как следствие, пятнистая неоднородность почв и растительности. Как правило, основные составляющие пятнистого комплекса следующие: каштановые обычные почвы, каштановые солонцы, лугово-каштановые почвы [2;3].

Каштановые почвы характеризуются следующими генетическими горизонтами:

А – гумусово-аккумулятивный горизонт каштанового цвета с сероватым или коричнево-сероватым оттенком. В естественном состоянии структура мелкозернисто-порошистая, часто с поверхности слоеватая. При распашке становится глыбистой и порошистой. Мощность горизонта 15–30 см.

АВ – гумусовый переходный горизонт, светлее предыдущего, серо-буроватый, каштановый, с признаками призмовидности. Обычно вскипает от НСl. Нижняя граница горизонта 45–60 см.

В – переходный горизонт, неоднородно-окрашенный с гумусированными пятнами и языками. Неоднородность окраски усиливается пятнами кротовин, гумусированными ходами червей и новообразованиями карбонатов. Мощность горизонта около 10 см.

Вca(Сca) – иллювиальный десуктивно-карбонатный горизонт, пропитан карбонатами кальция. Новообразования карбонатов выделяются в виде обильной белоглазки, прожилок или мучнистых скоплений. Нижняя граница горизонта прослеживается до глубины 100–150 см.

Bs(Cs) – иллювиальный горизонт скопления гипса и легкорастворимых солей. Выделения карбонатов редкие. Гипс в виде друз, гнезд, прожилок. В нижней части горизонта могут проявляться выделения легкорастворимых солей. Нижняя граница профиля расположена на глубине 180–250 см.

С – материнская порода различного генезиса.

Следовательно, тип каштановых почв определяют гумусовые горизонты А+АВ и солевые горизонты Вca + Bs. Мощность гумусового профиля всего около 50 см, профиль почвы в целом около 200 см.

Каштановые почвы в районе исследования относятся к восточно-европейской фации сухих степей, которые отличаются континентальным климатом с морозными зимами. Широко распространены солонцы и солонцеватые почвы с черно-полынной растительностью. Среди материнских пород часто встречаются засоленные глины разного генезиса. Профиль каштановых почв восточно-европейской фации находится в состоянии мерзлотного покоя в течение 2–3 месяцев [3]. В горизонте А (гумусово-аккумулятивный) каштановых почв содержание гумуса 2,7–2,8 %, общие запасы его по профилю 90–160 т/га. Значительная доля участия фульвокислот, если в верхней части гумусового горизонта гумус фульватно-гуматный, то в нижней – гуматно-фульватный [7].

По классификации 1977 года в типе каштановых почв выделяется 3 подтипа: светло-каштановые, каштановые и темно-каштановые почвы (табл. 1) [3].

Таблица 1

Подтиповые признаки каштановых почв

Подтип

Глубина залегания новообразований, см

Мощность

А+В, см

Содержание гумуса в гор. А, %

CaCO3

CaSO4

Темно-каштановые

45–60

˃ 170

35–50

4–5

Каштановые

40–45

150–170

30–40

3–4

Светло-каштановые

35

˂ 150

25–35

2–3

В 2014 г. на территории 6 районов (Орловского, Зимовниковского, Мартыновского, Пролетарского, Дубовского, Заветинского) Юго-Востока Ростовской области для изучения агрохимических показателей были отобраны смешанные образцы почвы (0–20 см). Для изучения биоты металлической рамкой объемом 125 см3 в 15-кратной повторности были отобраны почвенные образцы на глубину 0–20 см. Экстракция микроартропод проводилась по методике Балога (1958) [10] без электрического обогрева в течение 7 дней. Разбивка на группы и подсчет проводились под бинокуляром МБС-1. Гумус определяли по методу Тюрина (в модификации Симакова) нитратный азот – ионометрическим методом, аммиачный азот – фотоколориметрически с реактивом Несслера, рН – потенциометрическим методом, подвижный фосфор и калий – по методу Мачигина [1, 6].

Результаты и их обсуждение. Почвы изучаемых районов представлены тремя подтипами каштановых почв: темно-каштановые – Мартыновский и Пролетарский районы, каштановые – Орловский район, светло-каштановые почвы – Зимовниковский, Заветинский и Дубовский районы. Содержание гумуса в почвенных образцах соответствует подтиповым признакам этих почв (табл. 2). В мае максимальное содержание гумуса 5,42 и 3,60 % отмечено в темно-каштановых почвах Мартыновского и Пролетарского районов, минимальное в светло-каштановых почвах Заветинского и Зимовниковского районов – 2,50 и 2,15 % соответственно.

Таблица 2

Агрохимические показатели залежных участков каштановых почв (0–20 см), май, 2014 г.

№ обр

Район исследования, почва

рН

Гумус, %

NH4+, мг/100г

NO3 -, мг/100г

Р2О5, мг/100г

К2О, мг/100г

1

Мартыновский р-н, темно-кашт

8,12

5,42

9,8

4,70

8,20

21,01

2

Пролетарский р-н, темно-кашт.

7,93

3,60

5,50

3,90

6,00

17,11

3

Орловский р-н, каштановая

8,19

3,11

4,20

3,40

4,60

14,39

4

Зимовниковский р-н св.-каштан.

8,35

2,15

3,50

2,90

3,40

17,98

5

Дубовский р-н, св.-каштановая

8,33

3,00

2,62

3,00

3,80

15,20

6

Заветинский р-н, св-каштановая

8,38

2,50

1,78

3,15

3,90

16,10

Таблица 3

Агрохимические показатели залежных участков каштановых почв (0–20 см), сентябрь, 2014 г.

№ обр

Район исследования,

рН

Гумус, %

NH4+, мг/100г

NO3 -, мг/100г

Р2О5, мг/100г

К2О, мг/100г

1

Мартыновский р-н, темно-кашт

8,00

5,60

2,90

2,10

6,80

20,00

2

Пролетарский р-н, темно-кашт.

7,74

3,70

2,40

0,15

4,50

15,32

3

Орловский р-н, каштановая

8,05

3,30

2,20

0,12

3,20

12,56

4

Зимовниковский р-н св.-каштан.

8,20

2,32

1,90

0,25

2,40

13,80

5

Дубовский р-н, св.-каштановая (пастбище, целина)

8,22

3,15

1,20

0,22

2,60

12,60

6

Заветинский р-н, св-каштановая (пастбище, целина)

8,25

2,80

0,90

0,25

2,50

13,00

К началу осени содержание гумуса во всех почвах увеличивается в среднем на 4 % (2–6 %), что связано с поступлением и накоплением органического вещества.

Количество подвижных форм NPK в темно-каштановых почвах выше, чем в каштановых и светло-каштановых почвах, что обусловлено большим содержанием гумуса.

Содержание обменного калия в изучаемых каштановых почвах характеризуется как повышенное и остается стабильным и осенью.

Высокой обеспеченностью Р2О5 характеризуются все исследуемые каштановые почвы весной. К осени – в каштановой и светло-каштановой почве степень обеспеченности подвижным фосфором снижается до средней.

По содержанию NH4+ и NO3 также прослеживается снижение от высокой обеспеченности до низкой, что обусловлено снижением биологической активности.

Таким образом, содержание NH4+ , NO3-, Р2О5 и К2О в каштановых почвах к осени уменьшается, что объясняется снижением биологической активности (табл. 2,3) в связи с высокими температурами воздуха и небольшим количеством осадков (рис. 1, 2). На рис. 1 и 2 приведены данные по температуре воздуха и количеству осадков на примере пос. Заветное Ростовской области.

Рис.1. Количество осадков в пос. Заветное Ростовской области, мм, 2014 г.

Рис. 2. Температура воздуха в пос. Заветное Ростовской области, ˚С, 2014 г.

Также установлено, что к осени происходит снижение pH почв (табл. 3) в среднем на 0,15 единиц рН (0,11–0,19), что составляет в среднем около 2 %. Уменьшение рН вероятно связано с поступлением органического вещества, в состав которого входят органические кислоты. Также в почвенный раствор продолжает поступать СО2 – продукт метаболизма почвенной фауны, микробозеноза и корневой системы растений. В результате проведенных исследований было выявлено, что наибольшая численность микроартропод (тыс. экз./м2) наблюдалась в мае – в залежах на территории Пролетарского и Мартыновского районов – 68,5 и 60,2, в том числе панцирных клещей – 22,3 и 9,7, гамазовых – 28,0 и 30,2, клещей акароидно-тромбидиформного комплекса – 1,5 и 0,7, ногохвосток – 15,2 и 17,1, прочих беспозвоночных – 1,5 и 2,5 (табл. 4).

Таблица 4

Численность микроартропод (тыс. экз./м2) каштановых залежных почв в юго-восточных районах Ростовской области (май 2014 г.)

Группы микроартропод

Марты-новский р-н

Пролетар-ский

р-н

Орловский

р-н

Зимовни-ковский

р-н

Дубовский

р-н

Заветин-ский

р-н

Панцирные клещи

9,7±0,2

22,3±0,1

12,5± 0,6

20,5±0,82

8,2±0,5

7,5±0,3

Гамазовые клещи

30,2±0,5

28,0±0,6

15,4±0,9

10,1±0,3

10,1±0,4

11,3±0,6

Акароидно-тромбидиформный комплекс клещей

0,7±0,7

1,5±0,4

1,3±0,4

1,6±0,3

0,5±0,3

0,3±0,2

Ногохвостки

17,1±0,2

15,2±0,1

7,3±0,2

3,5±0,5

3,4±0,6

4,5±0,5

Прочие беспозвоночные

2,5±0,7

1,5±0,6

1,0 ±0,5

0,4±0,8

0,5±0,9

0,7±0,6

Всего микроартропод

60,2±1,3

68,5±1,7

37,5±1,5

36,1±1,2

22,7±0,9

24,3±1,0

Исследование вертикального распределения микроартропод по почвенному профилю на глубину 0–20 см показало, что основная масса мелких членистоногих (> 60 %) была сосредоточена в горизонтах 0–10 см в течение вегетационного периода. Это объясняется тем, что в этом почвенном горизонте сосредоточена основная масса корневых систем многолетних трав.

В осенний период отмечено постепенное снижение численности панцирных клещей и клещей акароидно-тромбидиформного комплекса с увеличением глубины. Максимальная численность у гамазовых клещей наблюдалась в слое 10–15 см. Для ногохвосток и прочих беспозвоночных отмечен всплеск численности в слое 0–5 см.

К осени (сентябрь) численность микроартропод снижалась. Наибольшая численность микроартропод (тыс. экз./м2) наблюдалась так же, как и весной, в залежах на территории Пролетарского и Мартыновского районов – 50,0 и 49,9, в том числе панцирных клещей – 11,3 и 7,3, гамазовых – 26,1 и 25,1, клещей акароидно-тромбидиформного комплекса – 1,5 и 0,8, ногохвосток – 10,1 и 14,6, прочих беспозвоночных – 1,0 и 2,1 (табл. 5).

Таблица 5

Численность микроартропод (тыс. экз./м2) каштановых залежных почв в юго-восточных районах Ростовской области (сентябрь 2014 г.)

Группы микроартропод

Марты-новский р-н

Пролетар-ский

р-н

Орловский

р-н

Зимовни-ковский

р-н

Дубов-

ский

р-н

Заветинский

р-н

Панцирные клещи

7,3±0,5

11,3±0,3

9,2± 0,8

10,1±0,2

6,2±0,6

6,0±0,2

Гамазовые клещи

25,1±0,4

26,1±0,7

12,7±0,5

9,3±0,2

9,1±0,8

8,9±0,2

Акароидно-тромбидиформный комплекс клещей

0,8±0,9

1,5±0,7

1,2±0,7

1,5±0,7

0,5±0,4

0,5±0,3

Ногохвостки

14,6±0,4

10,1±0,5

4,2±0,5

1,3±0,1

2,2±0,3

1,9±0,6

Прочие беспозвоночные

2,1±0,3

1,0±0,5

1,0 ±0,5

0,3±0,6

0,5±0,2

0,6±0,2

Всего микроартропод:

49,9±1,2

50,0±1,5

28,3±2,6

22,5±1,5

18,5±2,2

17,9±1,7

В силу своих физических особенностей (высокий уровень смертности и быстрое наращивание численности) мелкие членистоногие наиболее чутко и быстро реагируют на изменение гидротермического и химического состава почв [5]. Так, в осенний период (сентябрь) наблюдается резкое снижение численности микроартропод, а также количества особей ногохвосток, из-за высоких температур и низкой влажности почвы в пахотных горизонтах [8,9].

Выводы

К осени снижается рН, а содержание гумуса несколько увеличивается, что связано с поступлением органики. Численность биоты снижается осенью в почве исследуемых районов. Следовательно, снижение биологической активности, скорее всего, связано с климатическими показателями – температурой и осадками. Количество микроартропод коррелирует прямо пропорционально с содержанием гумуса и обратно пропорционально уровню рН. С увеличением щелочности почв (рН ˃8,20) их численность достоверно снижается. Содержание минерального азота (NH4+ и NO3–) к осени уменьшается, что тоже объясняется снижением биологической активности и климатическими показателями.

Исследования выполнены в рамках базовой части внутреннего гранта ЮФУ по проекту 213.01-2015/003ВГ.


Библиографическая ссылка

Симонович Е.И., Гончарова Л.Ю. НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ И АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В КАШТАНОВЫХ ПОЧВАХ ЮГО-ВОСТОКА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=24330 (дата обращения: 17.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074