Restoration of soil fertility of the southern chernozem in conditions of the reserve regime of the Orenburg State Nature Reserve

Cover Page

Abstract

This paper presents a comparative-temporal ecological characterization of the southern chernozem under the regime of the Aituar steppe site command of the Orenburg State Nature Reserve. The degree of ecological rehabilitation of chernozems in specially protected natural areas is shown. Quantitative data are provided on the supply of soil with nitrogen, phosphorus and potassium, and the content of heavy metals in the soil. Determination of the content of heavy metals and trace elements in soil samples (according to the method of Krupsky and Aleksandrova in the modification of the Central Institute of Agrochemical Services for Agriculture) was conducted in accordance with GOST 50683-94. The determination of mobile compounds of phosphorus and potassium was carried out by the method of Machigin (GOST-26205-91), organic matter by the Tyurin method (GOST 26213-9), alkaline hydrolyzable nitrogen by Kornfield. The paper presents the results of a comparison of agrochemical and ecology-toxicological studies of southern chernozem in 1996-2016. The main morphogenetic characteristics of the soil profile of the chernozem of the southern carbonate low-humus low-mass medium loamy are given. Data of morphological, physical and agrochemical properties of soils were subjected to mathematical and statistical treatment. This allowed the authors to determine morphological parameters, qualitative and quantitative characteristics of the soil and their variation within the elementary soil areas, depending on the position in the landscape and the nature of use. The data obtained indicate a positive dynamics in the provision of soil with humus and elements of mineral nutrition of plants, as well as a significant reduction in the content of heavy metals throughout the soil profile. Thus, we can talk about the natural restoration of soil fertility in conditions of a protected regime in specially protected natural areas.

Full Text

Введение Проблема снижения уровня плодородия почвы является одной из приоритетных и актуальных проблем не только для Оренбургской области, но и для всей черноземной зоны России. Цель исследования заключается в наблюдении за изменением динамики почвенного плодородия в условиях заповедного режима Государственного природного заповедника «Оренбургский». В 1976 году под председательством члена-корреспондента АН СССР А.С. Хоментовского Оренбургское отделение Географического общества СССР начинает осуществлять идею по созданию степного заповедника в Оренбургской области [1, с. 33]. Предложение А.С. Хоментовского о необходимости создания степного заповедника в бассейне рек Айтуарка и Алимбет, по мнению академика А.А. Чибилёва, следует признать очень своевременным [2, с. 28]. Объект исследования Участок государственного заповедника «Оренбургский» площадью 6300 га - Айтуарская степь - является наиболее возвышенным в орографическом плане участком заповедника. Наибольшая высота 430,9 м [5, с. 25; 6, с. 79]. Горы сильно разрушены и фактически являются древним пенепленом, разрезанным на ущелья, каньоны и балки временными и постоянными водотоками [4, с. 33]. Глубокие горные балки ориентированы с севера на юг. Общие их количество - 6 [6, с. 80]. Территория расположена на левом берегу реки Урал и на востоке граничит с Республикой Казахстан [3, с. 45]. Материалы и методика исследований Экологическое состояние чернозёма южного района исследования изучалось методом наблюдения, сравнения, измерения, а также сравнительно-географическим и экспериментально-аналитическими методами. На исследуемой территории определялись морфология, водно-физические, агрохимические свойства почв, их гумусное состояние. Для определения морфологических признаков и для отбора образцов почв на анализы нами на территории района исследования были заложены полные почвенные разрезы. Описания почвенных разрезов заносились в полевой дневник по установленной форме. Морфологические типы структур почвенной массы определялись по классификации С.А. Захарова [7, с. 26]. Гранулометрический состав почв в полевых условиях определялся сухим и мокрым способами, в лаборатории - методом пипетки, предложенными Н.А. Качинским. Агрегатный анализ почв (сухое и мокрое просеивание) выполнялся по методу Саввинова, микроагрегатный - по методу Качинского [8, с. 35; 9, с. 60; 10, с. 29]. Определение подвижных соединений фосфора и калия осуществлялось по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91), органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-9), щелочногидролизуемого азота по Корнфильду [11, с. 185]. Для измерения величины pH (определения водной и солевой вытяжки) нами использовался десятипозиционный pH-метр. Суммарная погрешность метода составляет 0,1 единицы pH [12, с. 3]. Определение содержания тяжелых металлов и микроэлементов в пробах почв (по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО) проводилось согласно ГОСТ 50683-94 [13, с. 50]. Атомно-абсорбционный анализ основан на способности свободных атомов определяемых элементов, образующихся в пламени при введении в него анализируемых растворов, селективно поглощать резонансное излучение определенных для каждого элемента длин волн [14, с. 47; 15, с. 45]. Результаты исследований и их обсуждение В 2016 году, спустя 20 лет после последних почвенных наблюдений на территории эталонного участка разреза, были проведены почвенные исследования по определению морфологии почвенного профиля, физических и химических свойств чернозема южного. Ранее в 1996 г. на данной территории был заложен эталонный разрез № 9606 в 7,5 км южнее п. Айтуар на водоразделе рек Урал и Алимбет [1, с. 239]. Новый почвенный разрез был заложен в точке с координатами: 51°06′44″ с.ш. и 57°41′40″ в.д. на высоте 170 м над уровнем моря [16, с. 243-246]. Были определены следующие почвенно-генетические горизонты: А - 0-20 см, (20 см) - гумусовый горизонт, серо-бурый, комковато-мелко-комковатый, рыхлый, тяжелый суглинок, пронизан корнями, свежий, тонкопористый, переход резкий, слабая реакция, включений нет. АВ - 20-40 см, (20 см) - переходный от гумусового к элювиальному, светло-бурый, комковатый-мелко-комковатый, плотный, средний суглинок, свежий, тонкопористый, вскипает от 10% р-ра HCl, включений нет. В - 45-90 см, (45 см) - элювиальный горизонт, светло-бурый, комковатый, очень плотный, средний суглинок, влажный, тонкопористый, бурно вскипает от 10% р-ра HCl, включений нет. ВС - 90-115 см. (25 см) - переходный горизонт к материнской породе, желтовато-бурый, мелко-комковатый, плотный, тяжелый суглинок, свежий, тонкопористый, бурно вскипает от 10% р-ра HCl, включений нет. С - 115-130 см (материнская порода) - желтоватый, мелко-комковатый, рыхлый, глина, влажный, тонко-пористый, бурно вскипает от 10% р-ра HCl, включений нет [17, с. 144-145]. После проведенных исследований была внесена корректировка в выделенные генетические горизонты и почвенный профиль принял следующий вид: А0 - А - АВ - В1 - В2 - ВС - С [18, с. 79-83]. Физико-химические свойства почвы определялись в испытательной лаборатории федерального государственного бюджетного учреждения Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский». Ниже представлены данные по содержанию гумуса и тяжелых металлов в почвенных горизонтах исследуемых почв (табл. 1, 2). Таблица 1 - Содержание гумуса чернозема южного участка Айтуарской степи Государственного природного заповедника «Оренбургский» Красная книга почв Оренбургской области, эталонный разрез № 9606, 1996 г. Результаты проведенных исследований в 2016 г. Гумусное состояние Горизонт Гумус, % Горизонт Гумус, % A 3,6 A 4,3 ± 0,6 AB 1,8 AB 3,7 ± 0,6 B 0,5 B 2,7 ± 0,5 Спустя 20 лет заповедного режима содержание гумуса в почве увеличилось: на 0,7% (в 1,5 раза) в горизонте А, на 1,9% (в 2 раза) в горизонте АВ улучшилось, а в горизонте В на 2,2% (в 5,4 раза). Наблюдается не только накопление гумуса в верхней части почвенного профиля, но и его миграция в нижележащие горизонты. Таким образом, мы можем говорить о естественном восстановлении гумусного состояния в условиях заповедного режима на особо охраняемых природных территориях [19, с. 167]. Таблица 2 - Содержание тяжелых металлов, мг/кг Результаты исследований в 1996 г. Результаты исследований в 2016 г. Горизонт А АВ ВС С А АВ ВС С Zn 0,85 0,64 1,30 0,80 Zn 0,33 ± 0,10 0,32 ± 0,10 0,34 ± 0,10 0,42 ± 0,13 Cu 0,99 0,87 2,13 1,75 Cu 0,15 ± 0,02 0,11 ± 0,01 0,24 ± 0,03 0,25 ± 0,03 Cd 0,20 0,40 0,50 0,25 Cd 0,08 ± 0,02 0,09 ± 0,03 0,14 ± 0,04 0,18 ± 0,05 Pb 1,88 2,50 3,13 3,75 Pb 0,49 ± 0,10 0,54 ± 0,11 1,65 ± 0,33 1,43 ± 0,29 Ni 1,02 1,74 2,02 1,45 Ni 0,62 ± 0,12 0,68 ± 0,13 0,65 ± 0,13 0,73 ± 0,14 Cr 2,59 3,81 4,41 2,59 Cr 0,54 ± 0,11 0,55 ± 0,11 0,91 ± 0,19 0,74 ± 0,16 Fe - - - - Fe 0,60 ± 0,20 1,50 ± 0,40 8,90 ± 2,20 11,7 ± 3,00 S - - - - S 7,20 ± 0,50 11,4 ± 0,90 38,2 ± 2,90 64,6 ± 4,80 Co - - - - Co 0,05 ± 0,01 0,07 ± 0,01 0,22 ± 0,03 0,24 ± 0,04 Mn - - - - Mn 12,2 ± 1,80 15,3 ± 2,30 57,6 ± 8,70 64,5 ± 9,80 Содержание тяжелых металлов в почве значительно уменьшилось. Так, в горизонте А содержание Zn уменьшилось на 0,51 мг/кг (в 2,5 раза), Cu на 0,84 мг/кг (в 6,6 раза), Cd на 0,12 мг/кг (в 2,5 раза), Pb на 1,38 мг/кг (в 3,8 раза), Ni на 0,40 мг/кг (в 1,5 раза), Cr на 2,05 мг/кг (в 4,7 раза). В горизонте АВ содержание Zn уменьшилось на 0,32 мг/кг (в 2 раза), Cu на 0,75 мг/кг (в 7,8 раза), Cd на 0,31 мг/кг (в 4,4 раза), Pb на 1,96 мг/кг (в 4,6 раза), Ni на 1,05 мг/кг (в 2,5 раза), Cr на 3,26 мг/кг (в 6,9 раза). В горизонте ВС содержание Zn уменьшилось на 0,95 мг/кг (в 3,8 раза), Cu на 1,88 мг/кг (в 8,8 раза), Cd на 0,36 мг/кг (в 3,5 раза), Pb на 1,47 мг/кг (в 1,8 раза), Ni на 1,36 мг/кг (в 3 раза), Cr на 3,5 мг/кг (в 4,8 раза). В горизонте С содержание Zn уменьшилось на 0,37 мг/кг (в 1,8 раза), Cu на 1,49 мг/кг (в 6,9 раза), Cd на 0,07 мг/кг (в 1,3 раза), Pb на 2,32 мг/кг (в 2,6 раза), Ni на 0,72 мг/кг (в 1,9 раза), Cr на 1,85 мг/кг (в 3,5 раза) [20, с. 860]. Ниже представлены данные по обеспеченности почвы участка заповедника Айтуарская степь подвижными соединениями азота, фосфора и калия - важнейшими элементами минерального питания растений (табл. 3). Аналогичные исследования проводились 20 лет назад. Обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием была низкая [1, с. 199]. Полученные данные 2016 года свидетельствуют о положительной тенденции по обеспеченности этими элементами в гумусовом горизонте и характеризуются как среднее по фосфору и повышенное и высокое содержание по калию. Таблица 3 - Обеспеченность почвы азотом, фосфором и калием, мг/кг № п/п Горизонт Определяемые показатели Азот общий, мг/кг Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг 1 А 72,8 ± 7,3 15,9 ± 3,2 547,5 ± 54,8 2 АВ 53,2 ± 5,3 16,2 ± 3,2 328,7 ± 32,9 3 B 42,0 ± 4,2 8,2 ± 2,5 226,9 ± 22,7 4 ВС 30,8 ± 3,1 7,4 ± 2,2 174,4 ± 17,4 5 С 33,6 ± 3,4 6,5 ± 2,0 228,8 ± 22,9 Также нами определялся гранулометрический состав почвы. Результаты испытаний представлены в таблице 4. Таблица 4 - Гранулометрический состав почвы Гранулометрический состав ГОСТ 12536-79 Характеристика состава почвы Содержание фракций в % от воздушно-сухой почвы № п/п горизонт 1-0,25 мм 0,25-0,05 мм 0,02-0,01 мм 0,01-0,005 мм 0,005-0,001 мм Менее 0,001 мм Сумма фракций менее 0,01 мм 1 А 0,53 3,03 33,08 10,16 22,04 31,16 63,36 легк. глина 2 АВ 1,71 1,65 0,88 0,24 54,00 41,52 95,76 тяж. глина 3 B1 0,33 5,51 21,20 9,40 23,28 40,28 72,96 средн. глина 4 B2 0,99 4,49 23,20 13,04 7,52 50,76 71,32 средн. глина 5 ВС 0,32 8,84 18,88 17,16 26,80 28,00 71,96 средн. глина 6 С 0,30 6,06 21,28 20,76 26,60 25,00 72,36 средн. глина Выводы В результате проведенных работ можно сделать вывод, что данная территория представлена черноземом южным карбонатным малогумусным маломощным среднесуглинистым. Мы можем говорить о естественном восстановлении почвенного плодородия в условиях заповедного режима на особо охраняемых природных территориях. Следует признать, что естественный процесс почвообразования может обеспечить поступление элементов питания растений для формирования полноценной почвенной структуры и реализацию экологических функций почвы в биосфере.

×

About the authors

Alexander Nikolaevich Tyurin

Orenburg State Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: example@snv63.ru

candidate of geographical sciences, associate professor of Geography and Geographical Sciences Methods of Teaching Department

References

  1. Грошева О.А. Исторические аспекты формирования научной школы А.С. Хоментовского и ее роль в развитии академической науки в г. Оренбурге // Российский научный журнал. 2014. № 4. С. 33-38.
  2. Лушников Е.А. Воспоминания о А.С. Хоментовском // Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона: мат-лы рос. науч.-практ. конф. Оренбург, 1998. С. 28-30.
  3. Красная книга почв Оренбургской области / А.И. Климентьев, А.А. Чибилёв, Е.В. Блохин, И.В. Грошев. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 296 с.
  4. Оренбургский заповедник: значение для сохранения степных экосистем России и перспективы развития. Труды Государственного природного заповедника «Оренбургский». Вып. I. Оренбург: ИПК «Газпромпечать» ООО «Оренбурггазпромсервис», 2014. 172 с.
  5. Чибилёв А.А. Степи Оренбургские. К 25-летию создания заповедника «Оренбургский». Оренбург-Екатеринбург: Институт степи УрО РАН; Оренбургское отделение Русского географического общества, 2014. 152 с.
  6. Чибилёв А.А. Заповедник «Оренбургский»: история создания и природное разнообразие. Екатеринбург: Институт степи УрО РАН, Оренбургское отделение Русского географического общества. ООО «УИПЦ», 2014. 139 с.
  7. Добровольский Г.В. Почвы СССР. М.: Мысль, 1979. 537 с.
  8. Качинский Н.А. Физика почвы. Водно-физические свойства и режимы почв. М.: Высшая школа, 1970. 358 с.
  9. Качинский Н.А. Физика почв. М.: Высшая школа, 1965. 273 с.
  10. Инкин Л.А. Плотность почвы и физические процессы в ней. Ставрополь, 1973. 64 с.
  11. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 287 с.
  12. ОСТ 4649-76. Методы агрохимических анализов почв. Определение pH, обменной кислотности, обменного (подвижного) алюминия, кальция, магния, аммония, марганца и содержания нитратов в почвах по методу ЦИНАО. М.: Отраслевой стандарт, 1977. С. 1-5.
  13. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987. 142 с.
  14. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. Центральный институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО). М., 1989. 63 с.
  15. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.: ЦИНАО, 1992. 61 с.
  16. Михалева О.С., Тюрин А.Н. Морфологическое строение почвенного профиля заповедных территорий (на примере Государственного природного заповедника «Оренбургский»): колл. монография. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2013. С. 243-246.
  17. Тюрин А.Н. Характеристика почвенного профиля чернозема южного на участке Айтуарской степи Государственного природного заповедника «Оренбургский» // Наука и образование в XXI веке: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. 30 сентября 2013 г.: в 34 ч. Ч. 6. Тамбов: ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. С. 144-145.
  18. Тюрин А.Н. Черноземы Государственного природного заповедника «Оренбургский» // Объекты природного наследия и экотуризм: мат-лы междунар. науч.-практ. конф., Улан-Удэ - п. Гремячинск, 25-27 августа 2014 г. / под общ. ред. проф. М.В. Слипенчука. М.: МГУ, 2014. С. 79-83.
  19. Блохин Е.В. Экология почв Оренбургской области: почвенные ресурсы, мониторинг, агроэкологическое районирование. Екатеринбург, 1997. 227 с.
  20. Березнёв А.П., Тюрин А.Н. Экологическая реабилитация чернозема южного Айтуарской степи в условиях заповедного режима // Степи Северной Евразии: мат-лы VII междунар. симпозиума / под науч. ред. чл.-корр. РАН А.А. Чибилёва. Оренбург: ИС УрО РАН, Печатный дом «Димур», 2015. С. 859-862.

Statistics

Views

Abstract: 71

PDF (Russian): 52

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Tyurin A.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies