Экологические условия гумусообразования черноземов Урала

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Русанов А.М., Агишева С. Ю.
ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ УРАЛА
Представлены обобщенные данные по особенностям экологии гумусообразования черноземов Урала как в зонально-генетическом, так и в региональном аспектах. Показана пространственная динамика таких незаменимых факторов формирования системы показателей гумусового вещества почв, как климат, растительность, период биологической активности и ее причины.
Ключевые слова: гумусообразование, экосистема, инверсия, мезоклимат, микробиологическая
активность, асимметрия.
Гумус и его качественно-количественные показатели находятся в ряду важнейших свойств почв, определяющих как их экологические функции в биосфере, так и хозяйственные свойства. С ним связаны жизнедеятельность растений, микроорганизмов и животных, устойчивость биогеоценоза в целом. Начиная с работ В. В. Докучаева (6) и П. А. Костычева (9) проблема гумуса занимает одно из центральных мест в ряду теоретических проблем естествознания.
Гумусообразование является незаменимой составляющей почвообразовательного процесса, его высшей, завершающей стадией. Оно тесно связано с условиями почвообразования. Гумусное состояние почв формируется в специфической среде, в создании которой принимают участие все факторы почвообразования.
Зонально-генетические особенности экологических условий гумусообразования были вскрыты фундаментальными трудами И. В. Тюрина (20), М. М. Кононовой (8), Л. Н. Александровой (1), В. В. Пономаревой и Т А Плотниковой (14), Д. С. Орловым (12), Е. Ю. Милановским (10). Ими было показано, что диагностическими признаками почв является не только содержание и профильное распределение гумуса, но и его групповой и фракционный состав, амфифильные
Таблица 1. Основные климатические
свойства гумусовых веществ, содержание некоторых неспецифических неорганических соединений, а гумусообразование рассматривается как сочетание ряда противоречивых, порой разнонаправленных процессов.
Помимо зональных отличий на экологию гумусообразования накладывают свои отпечатки региональные особенности. Последнее обстоятельство в полной мере проявляется в условиях черноземной полосы Южного Урала.
Мысль В. В. Докучаева (6) об определяющей роли климата в формировании почвенно-географических закономерностей была развита в целом ряде работ (3−5, 7 и др.) и в наиболее полном виде выражена в законе примата климата, сформулированном И. А. Соколовым (19). На большом и убедительном фактическом материале доказано, что от таких климатических агентов, как температура и увлажненность почв, зависит вероятность и скорость многих химических, биохимических и биологических процессов, лежащих в основе процессов биосинтез гумуса. Динамика важнейших показателей климата черноземной полосы Урала представлена в таблице 1.
Среди приведенных данных, каждый из которых имеет важное значение, особого внимание заслуживает период биологической актив-
показатели черноземной зоны Урала
Показатели Чернозем оподзоленный Чернозем выщелоченный Чернозем типичный Чернозем обыкновенный Чернозем южный
Е& gt-10°С & lt- 2050 2050−2200 2150−2300 2200−2400 2400−2600
Гидротермический коэффициент 1,05−0,93 0,90 — 0,85 0,80−0,82 0,67−0,70 0,54−0,60
Глубина промерзания, см 75−90 90−100 100−115 100−120 105−120
Осадки, мм 500 — 450 470−420 420−450 380−400 370−380
Продолжительность залегания снежного покрова, сутки & gt- 160 145−160 145−155 140−155 135−145
t июля, °С 18,7−19,8 20,0−20,2 20,2−21,9 20,2−21,9 20,5−22,3
t января, °С -17,0−18,5 -17,2−16,9 -16,7−16,3 -16,5−15,8 -15,8−14,9
Период биологической активности почв, сутки 148 150 155 147 142
Таблица 2. Геоботаническая характеристика черноземной зоны Урала
Подтип чернозема, геоботаническая ассоциация
Показатели оподзоленный, выщелоченный, типичный, обыкновенный, южный,
мятликово- кострово- разнотравно- ковыльно- типчаково-
разнотравная разнотравная ковыльно-типчаковая типчаковая ковыльная
Проективное покрытие, % 75−85 80−90 85−95 65−70 5 5 — 5 6
Средняя высота травостоя, см 40−45 43−48 30−33 27−30 22−27
Число ярусов 5−6 5−6 5 4 — 5 3−4
Фитомасса надземная, ц/га 51,8 57,9 62,7 48,5 35,5
Фитомасса подземная, ц/га 134,7 144,8 175,6 164,9 156,2
Подземная Надземная 2,6 2,5 2,8 3,4 4,4
Общий запас, ц/га 186,5 202,7 238,3 213,4 191,7
ности почв (ПБА) — это время, на протяжении которого среднесуточная температура превышает +10о С, а запасы продуктивной влаги составляют более 2%. При его прохождении создаются благоприятные условия для вегетации растений, микробиологической и ферментативной деятельности. Согласно кинетической теории гумификации (12) степень преобразования органических остатков в специфические гумусовые вещества (Н) зависит от количества гумифицируемых растительных остатков (О), интенсивности их трансформации, которая пропорциональна биохимической активности почв (I), и времени гумификации (Т): Н=?^1Т). Все параметры уравнения зависят от гидротермических условий территории. Между величиной Н и ПБА, а также между некоторыми важнейшими качественно-количественными параметрами гумусного состояния почв существует надежная корреляционная связь (15).
Климат, в свою очередь, во многом определяет тип и состояние естественной растительности территории. Основные показатели растительных группировок приведены в таблице 2.
Как следует из таблицы в подзоне типичных черноземов по таким показателям растительности, как проективное покрытие, запасы надземной и подземной биомассы складываются относительно благоприятные условия. К северу и к югу от нее запасы фитомассы и проективное покрытие травостоя снижаются. Возрастание с севера на юг отношения подземной биомассы к надземной убедительно свидетельствует об общей аридизации климата.
Непременным условием гумусообразова-ния является высокая микробиологическая активность почв. Она, в свою очередь, регулируется такими экологическими факторами, как
климатом, видовым составом и сомкнутостью растительности, почвенной микрофлорой. Судя по многочисленным определениям процента уменьшения льняной ткани, помещенной в исследуемые почвы на равные отрезки времени, наибольшей микробиологической активностью обладают выщелоченные и типичные черноземы, наименьшей — южные.
Среди региональных особенностей условий гумусообразования черноземов Урала следует отметить тяжелый механический состав почвообразующих пород (пермские и мезозойские глинистые и тяжелосуглинистые карбонатные отложения) и почв, что, вместе с недостатком увлажнения и высокими летними температурами определяет незначительную глубину прома-чивания верхних горизонтов черноземов- с другой стороны в этой небольшой по объему почвенной массе образуется высокая концентрация живых и мертвых корней, основного исходного вещества для гумусообразования. Поэтому черноземы региона отличаются пониженной мощностью гумусового горизонта и высокой гумусированностью.
Территория южноуральского региона отличается сложным рельефом, который, как известно, является фактором перераспределения тепла и влаги. Среди равнинных пространств выделяются Бугульминско-Белебеевская возвышенность, Общий сырт, Губерлинские горы, многочисленные отроги Уральских гор. Базис эрозии региона колеблется от 100 до 300 и более метров. Характерной особенностью геоморфологического строения Южного Урала является ландшафтная асимметрия. Она проявляется нерав-носклоновостью междуречных возвышенностей и неодинаковым размещением типологических ландшафтных комплексов на склонах разных экспозиций — короткими, крутыми и покатыми
Русанов А. М., Агишева С. Ю.
Экологические условия гумусообразования черноземов Урала
южными склонами и пологими и длинными северными (11). Происхождение асимметрии связано с широтным простиранием рек территории и влиянием тектонического строения, на которые накладываются воздействия экспозиционного биоклиматического фактора (13).
С целью изучения влияния экспозиции склона на условия формирования системы показателей гумусового вещества почв в подзоне южных черноземов Урала, в пределах Обще-сыртовской возвышенности, на водоразделе рек Каргалка и Черная были выполнены комплексные исследования (17), результаты которых приведены в таблице 3.
Полученные данные свидетельствуют, что по всей совокупности абиотических и биотических экологических факторов на северном склоне формируются более благоприятные условия для гумусообразования, чем на водоразделе и на склоне южного направления. По факторам почвообразования и условиям формирования гумуса на северном склоне складываются условия, характерные для подзоны обыкновенных черноземов.
В пределах черноземной полосы Урала существующий комплекс природных условий вызвал такое редкое явление, как инверсии (изменение обычного порядка простирания) географических зон и подзон. Одна из инверсий связана с влиянием рельефа. На западных склонах Уральского хребта завершается влияние на климат влажных атлантических воздушных масс. В Зауралье климат значительно суше, конти-нентальнее. Гидротермический режим местности, расположенной восточнее от Уральского горного массива, испытывает слабое влияние северных морей и Каспия. Здесь господствует
материковый, внутриконтинентальный тип годового режима влажности и температуры воздуха. По световому и радиационному режиму, по изотермам воздуха и почв самого жаркого и самого холодного месяцев, по среднегодовым количествам осадков, по относительной влажности воздуха Предуралье и Зауралье заметно отличаются между собой. Вместе с климатическими показателями меняется видовой состав естественной растительности, ее обилие, проективное покрытые, ярусность травостоя, объем растительной биомассы, биологическая (микробиологическая) активность почв. Кроме того Зауралье и Предуралье существенным образом отличаются по химическому, минералогическому и механическому составам почвообразующих пород. В результате Уральский хребет стал не только границей соседних почвенных фаций, но по его оси происходит нарушение сплошности широтных природных полос, их смещение относительно друг друга. Так, на рубеже 52о40'- с.ш. в Предуралье простирается северная граница лесостепи (типичные черноземы), а в Зауралье эта условная граница соответствует центру подзоны настоящих степей (обыкновенные черноземы) — настоящая же степь Предуралья через горный перевал граничит с засушливой степью Зауралья (2, 16).
Перечисленные обстоятельства вызвали закономерные различия в экологии гумусооб-разования черноземов Предуралья и Зауралья.
Другая инверсия отмечена на крайнем западе региона и связана с климатообразующей ролью Бузулукского бора, крупного реликтового лесного массива, расположенного на водоразделе рек М. Кинель и Самара, в границах
Таблица 3. Некоторые условия гумусообразования разных участков асимметричного склона подзоны южных черноземов
Показатели Часть водораздела
склон северной экспозиции плато склон южной экспозиции
Растительность типчаково-ковыльная ковыльно-типчаковая полынково-типчаковая
Проективное покрытие, % 70−75 65−70 55−60
Средняя высота травостоя, см 37 34 29
Число ярусов 5 5 4
Общая фитомасса, ц/га: 186. 65 181. 04 177. 44
в т. ч. надземная 52. 10 42. 76 37. 44
подземная (0−20 см) 134. 55 138. 28 140. 0
Запасы воды в снеге, мм 33 31 26
Температура почв на поверхности, °С, июль 25.5 26.2 28. 8
Глубина промерзания, см 95 97 110
ПБА, сутки 148 140 130
Биологическая активность, убыль ткани, % за 21 день 28 31 23
настоящей степи. Лесные экосистемы за счет анатомо-физиологических особенностей древесных пород способны аккумулировать влагу и влиять на гидрологию территории. Из-за высокой теплоемкости воды значительная часть солнечной энергии, поступающей к земле, теряется на нагрев атмосферной и почвенной влаги, благодаря чему на территории леса формируется относительно влажный и мягкий мезок-лимат, влияние которого не ограничивается лесопокрытыми пространствами, но, главным образом за счет ветровой активности, распространяется на соседние ландшафты. В случае с Бузулукским бором на примыкающих к нему пространствах наблюдается выравнивание колебаний суточных и сезонных температур, повышение влажности воздуха и высоты снежного покрова, запасов влаги в метровой толще почв, повышение их микробиологической активности, смена растительных группировок со злаковых на разнотравно-злаковые и т. д. Следствием этих изменений стало образование вокруг соснового леса двадцатикилометровой полосы, которая по совокупности признаков и со всеми типичными для нее условиями гумусооб-разования соответствует южной лесостепи (18).
Таким образом бор, через сформированный им мезоклимат, вызвал локальную инверсию географических зон: настоящая (северная) степь по всей своей ширине теряет свою сплошность, из-за чего западная и восточная границы ее ориентированы здесь в меридиональном направлении, а на южной стороне соснового леса подзона засушливой степи напрямую граничит с лесостепью.
Следовательно, экологические условия гу-мусообразования черноземов Урала отличаются высокой степенью неоднородности, что связано с причинами как зонального, так и регионального уровня. Они, в свою очередь, определяют широкий спектр качественно-количественных признаков органического вещества почв региона. Известно, что черноземные почвы агроценозов в настоящее время по разным причинам утратили от 22 до 45−55% гумуса (2, 15). Для разработки комплекса мер по восстановлению гумусного состояния черноземов Урала важно определить не только их антропогенную динамику (степень деградации), но и выявить изменения в экологии гумусообразо-вания с целью моделирования условий образования гумусовых веществ в агроландшафте.
Список использованной литературы:
1. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. — 287с.
2. Блохин Е. В. Экология почв Оренбургской области. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. — 197с.
3. Волобуев В. Р. Почвы и климат. Баку: Изд-во АН АзССР, 1953. — 320 с.
4. Герасимов И. П. Опыт генетической диагностики почв СССР на основе элементарных почвенных процессов // Почвоведение, 1975. — № 5. — С. 3−15.
5. Глинка К. Д. Почвоведение. М.: Госсельхозиздат, 1931. — 225 с.
6. Докучаев, В. В. Русский чернозем. СПб: Вольное экономическое общество, 1883. — 376с.
7. Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: Изд-во иностр. лит., 1948. — 49−73 с.
8. Кононова М. М. Органическое вещество почвы, его природа, свойства и методы изучения. — М.: Изд-во Ан СССР, 1963. — 314 с.
9. Костычев П. А. Образование и свойства перегноя. СПб, 1989. — 156 с.
10. Милановский Е. Ю. Амфифильные компоненты гумусовых веществ почв // Почвоведение, 2000. — № 6. — С. 706−715.
11. Мильков Ф. А. Чкаловские степи. Чкалов: ОГИЗ, 1947.
12. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ. 1990.- 325с.
13. Полынов Б. Б. Избранные труды. М.: Изд-во АН СссР, 1956. — 637с.
14. Пономарева, В.В., Плотникова, Т. А. Гумус и почвообразование. Л.: Наука, 1980 — 224с.
15. Русанов А. М. Гумусное состояние черноземов Уральского региона как функция периода их биологической активности // Почвоведение, 1998. -№ 3. — С. 302−308
16. Русанов А. М. Об инверсии географических зон на территории лесостепной и степной зон Южного Урала и Высокого Заволжья // Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем. Оренбург, 2006. — С. 291 293.
17. Русанов А. М., Милякова Е. А. Влияние экспозиции склона на свойства южных черноземов Предуралья // Почвоведение, 2005. — № 6. — С 645 — 652.
18. Русанов А. М., Шеин Е. В., Милановский Е. Ю. Влияние Бузулукского бора на прилегающие ландшафты и свойства почв // Почвоведение, 2008. — № 2. — С146−152.
19. Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения — Новосибирск: «Гуманитарные технологии», 2004 -288 с.
20. Тюрин, И. В. Географические закономерности гумусообразования // Тр. Юбилейной сессии, посвящ. 100-летию со дня рождения В. В. Докучаева. — М.: Изд-во АН СССР, 1949. — С. 85−101.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой