Soil conditions and vegetation cover of the «Oruku-Shynaa» cluster of the «Ubsunurskaya Hollow» reserve (southern part of the Republic of Tyva)

Full Text

Введение

Кластер «Оруку-Шынаа» государственного природного биосферного заповедника «Убсунурская котловина» является одним из репрезентативных участков заповедника, располагается в пойменной части долины р. Тес-Хем, между руслами рек Оруку-Шынаа и Кош-Терек, истоки которых формируются за счет подземных выходов из конусов выноса ряда рек, стекающих с южных склонов хребта Восточного Танну-Ола [1, с. 66] и впадающих в оз. Убсу-Нур. Общая площадь кластера 28750 га. Климат Убсунурской котловины, в пределах которой располагается кластер, отличается исключительно высокой контрастностью и суровостью. Зима очень малоснежная и морозная, осадков выпадает меньше, чем где-либо в Туве. Лето также сухое и очень жаркое [2, с. 278].

Наземные экосистемы чрезвычайно уязвимы в засушливых регионах. Наибольшие преобразования претерпевают внутризональные гидроморфные ландшафты [3]. Поймы рек отличаются неоднородностью почвенно-растительного покрова, что обусловливает высокое разнообразие биотопов. В этом отношении одним из интересных природных объектов является кластер «Оруку-Шынаа».

Характеристике почв государственного природного биосферного заповедника «Убсунурская котловина», в том числе кластера «Оруку-Шынаа», посвящены работы Н.Ф. Деевой и др. [4], С.С. Курбатской и др. [5; 6]. Состав флоры сосудистых растений заповедника «Убсунурская котловина», в том числе кластера «Оруку-Шынаа», изучил Д.Н. Шауло [7]. Однако почвенный покров и растительность пойменно-русловых комплексов этого участка до сих пор не были предметом специального исследования, очевидным является их высокая мозаичность, обусловленная присутствием древних русел и замеандрированностью долины. В связи с этим целью работы явилась почвенно-фитоценотическая характеристика природной обстановки территории исследования.

Материалы и методика исследований

Исследования почв, растительного покрова, запасы биомассы и продуктивность фитоценозов кластера «Оруку-Шынаа» проведены в пределах трансекты, заложенной по направлению юг (координаты: 50°35ʹ51,9ʺ с.ш.; 93°46ʹ13,9ʺ в.д.) – север (координаты: 50°39ʹ55,3ʺ с.ш.; 93°46ʹ30,9ʺ в.д.).

На пробных площадках проводилось полевое обследование почвенного покрова с описанием почвенных разрезов по стандартной методике [8] и были измерены температурный режим почвы на разных глубинах коленчатыми термометрами Савинова.

Описание растительного покрова проводилось на площадках в 100 м² для травянистой растительности и 200 м² для лесных сообществ по методике, приведенной в монографии «Полевая геоботаника» [9; 10], при этом учитывались полный видовой состав сообществ и обилие всех видов по шкале Друде. Латинские названия видов даны по сводке «Конспект флоры Азиатской России. Сосудистые растения» [11].

На опорном разрезе нами взят укос надземной фитомассы с площадки 50 × 50 см и разобран на фракции по видам растений на зеленую часть (продукция нынешнего года), ветошь (мертвая часть растений, оставшиеся на корню) и опад (подстилка). Корневая масса взята на глубину от поверхности до 20 см объемом 10 × 10 × 10 см, отмыты от почвы и высушены до воздушно-сухого состояния. Далее все растительные пробы высушены до абсолютно сухого состояния в термостате при температуре +70…+80°C в течение 4 часов. Все работы по взятию проб и обработке проведены по методике, предложенной А.А. Титляновой [12].

Результаты исследований и их обсуждение

Почвенные условия

Территория кластера по схеме геоботанического районирования относится к Убсунурской равнинной опустыненно-степной провинции [13], располагается на очень пологих нижних частях подгорных пролювиально-делювиальных шлейфах, постепенно переходящих в общую древнеаллювиальную равнину дельты р. Тес-Хем и террасы оз. Убсу-Нур. В этих условиях рельефа материнскими породами бурых пустынно-степных почв, имеющих более широкую географию на монгольской части Убсунурской котловины, служат широко распространенные в Тувинских котловинах слабо сортированные щебнистые отложения с маломощным рыхлым легкосуглинистым или супесчаным покровным горизонтом, не превышающим 50 см, реже – аллювиальные галечники с еще более маломощным (до 30 см) легкосуглинистым или супесчаным покровом [14].

Бурые пустынно-степные почвы являются крайним звеном в ряду зональных равнинных почв Тувы, если располагать последние в порядке нарастания ксероморфности. Факт существования в Туве довольно крупных площадей бурых пустынно-степных почв определен впервые В.А. Носиным [14] в исследованиях 1952–1955 гг. Они свойственны самой сухой и жаркой, пониженной по абсолютному уровню западной части подгорной равнины, простирающейся с южной стороны хребта Танну-Ола в районе оз. Убсу-Hyp.

На обширных выровненных пространствах междуречья Оруку-Шынаа и Кош-Терек распространены гидроморфные варианты – бурые лугово-пустынно-степные почвы, которые занимают значительные площади. Они отличаются особенностями водного режима, заключающимися либо в спорадическом и кратковременном, иногда достаточно обильном увлажнении поверхностных горизонтов водой ливневых осадков, стекающей в относительно пониженные слабосточные места, либо же в периодическом слабом капиллярном подпитывании почвы влагой выклинивающегося по рельефу внутрипочвенного бокового стока («сазовый режим»). Таким образом, источники повышенного увлажнения бурых лугово-пустынно-степных почв по существу не отличаются от тех, какие свойственны лугово-каштановым почвам [14].

В приозерно-дельтовой равнине распространены засоленные рода и разновидности лугово-пустынно-степных почв – солончаковатые, солонцеватые (табл. 1), формирующиеся в условиях слабого и непостоянного капиллярного подпитывания их влагой внутрипочвенного стока, при спорадическом дополнительном поверхностном увлажнении. Для них характерен ослабленный («вялый») и прерывистый выпотной водный режим, приводящий к некоторому накоплению легкорастворимых солей в пределах почвенного профиля [14].

 

Таблица 1 – Описание засоленных разновидностей лугово-пустынно-степных почв

Бурая лугово-пустынно-степная солонцевато-корковосолончаковая пылевато-супесчаная почва на озерно-аллювиальных песчаных отложениях (ОШ-1/18)
К	0–0,2 см	солевая корочка серо-бурой окраски, мелко-пористо-слоистая, бурно вскипает
Асн	0,2–5 (15) см	серо-бурой окраски, прочнокомковатая структура, очень плотный, сухой, пронизан живыми корнями, переход ясный
АВ	5 (15) – 22 (25) см	коричневый, супесчаный, влажный, уплотнен, встречаются крупные корни тростника
В	22 (25) – 45 см	неоднородной окраски, коричневые с серыми пятнами оглеения, влажный, единичные тонкие корни, переход постепенный
ВС	45–115 см	серо-коричневый песок, однородный, мокрый, грунтовая вода с 115 см

 

Характерная особенность рассматриваемого рода почв, внешне почти не проявляющаяся солончаковатость в вертикальном почвенном профиле, за исключением наличия солянок и местами слабых солевых выцветов на обнаженных участках поверхности почвы, которая обычно покрыта корочкой такого же вида, как и на несолончаковатых лугово-бурых почвах. Так же, как и в последних, гумусовый горизонт в самой верхней части обычно несколько осветлен и имеет слегка слоеватую структуру.

Микрорельеф неровный, фитобугорчатый, образованный прикорневыми возвышениями житняка, тростника и межбугровыми понижениями. Почвенный разрез расположен на пырейно-подорожниково-тростниковом галофитном остепненном лугу. Растительность не сплошная, перемежается с участками с солончаковыми выцветами, проективное покрытие около 40%.

Солончаковая корка тонкая, пористая, бурно вскипает от 10% HCl. Грунтовая вода появляется на глубине 115 см.

Развитие осветленной корочки на поверхности почвы, по всей вероятности, связывается с кратковременным застаиванием в наиболее плоских местах воды после ливней. Внутри почвы по вертикальному профилю явных признаков засоления не наблюдаются.

Ближе к руслам рек, особенно к р. Кош-Терек, расположенной южнее в глубине долины, растительность становится более густым, посреди кустарников появляются богатые разнотравно-злаковые сообщества, под которыми развиты уже типы луговых почв (табл. 2). Местность представляет собой слабозакочкаренный выровненный участок, заросший травянистой луговой растительностью среди ивово-карагановых зарослей. Разрез заложен на разнотравно-осоково-мятликовом пойменном лугу с 100% проективным покрытием. Встречаемые виды: мятлик луговой, полевица, василистник простой, осока безжилковая, лапчатка многонадрезная, ползунок лопатовидный, триостенник болотный.

 

Таблица 2 – Описание луговых типов почв под разнотравно-злаковыми сообществами

Лугово-торфянисто-перегнойная тяжелосуглинистая почва на речном аллювии (ОШ-2/18)
Ао	0–1,5 см	подстилка из отмерших частей растений
Ат	1,5–3 см	темно-бурый оторфованный слой, плотный, пронизан корнями, влажный, ясный переход
АВ	1,5–18 (20) см	окраска неоднородная темно-серая, перемежается со светлыми тонами, крупные темные карманы заходят в нижележащий горизонт и доходят до 40–45 см дресвянисто-галечникового слоя, влажный, рыхлый, пронизан корнями, гранулометрический состав среднесуглинистый, в нижней части горизонта – глинистый, наблюдается оглеение. Вскипание только в верхней части горизонта
ВС	45–66 см	аллювиальный песок с галечниково-гравийными включениями, мокрый, грунтовая вода появляется с 66 см

 

Под зарослями луговых трав лежит плотная подстилка побуревшей травянистой растительности, за этим слоем лежит небольшой, но очень плотный оторфованный слой, затем уже наблюдается неоднородный прерывистый гумусово-перегнойный горизонт, темноокрашенные слои перемежаются со светлыми, тяжелый среднесуглинистый гранулометрический состав с признаками оглеения. Незначительная видимая засоленность наблюдается в верхней части горизонта, вскипание с поверхности почвы.

Химический состав определен только в верхних горизонтах почв. Реакция солевой вытяжки в лугово-торфянистой почве нейтральная и доходит до сильнощелочной в солончаковой. Содержание гумуса в солончаковой почве ничтожно мало, проба взята из оголенной части поверхности почвенного покрова, а в лугово-торфянисто-перегнойной – довольно высокое, достигает 9,2%. Из поглощенных катионов отмечается очень высокое содержание поглощенного кальция в лугово-торфянистой почве и в солончаке также высокое. Магния в солончаке довольно много, поглощенный натрий достигает 132 ммоль в 100 г почвы. Высокое содержание общего азота связано с большим содержанием гумуса в лугово-торфянисто-перегнойной почве. В почвах наблюдается недостаток фосфора (табл. 3).

 

Таблица 3 – Физико-химический состав почв кластера «Оруку-Шынаа»

№ п/п	Почва	Горизонт, глубина, см	Гумус, %	K₂O	Р₂O₅	Nобщ., %	pH сол.	Влажность, %	Гранулометрический состав, %	Са	Мg	Na
				мг/кг						ммоль в 100 г почвы
1	ОШ-1/18	Солевая корочка	–	–	–	–	9,5	–	–	32,0	12,0	132
2		А, 0–5	0,42	1362	38	0,10	9,2	0,97	7,52	34,0	19,0	16,9
3		В, 10–20	0,16	909	9	0,05	8,8	1,40	6,12	46,0	29,0	4,84
4	ОШ-2/18	5–15	9,24	213	24	1,10	7,2	3,40	–	72,0	13,0	0,92

 

Наблюдения температурного режима почвы, измеренного коленчатыми термометрами Савинова за двое суток с 20 по 22 июня 2018 г. показали следующие результаты (табл. 4).

 

Таблица 4 – Суточная динамика температуры лугово-торфянистой почвы (20–22 июня)

Глубина	Изменение температуры почвы по датам и времени, °C
	20.06	21.06				22.06
	21 ч.	06 ч.	09 ч.	14 ч.	17 ч.	07 ч.	10 ч.
5 см	10	9	10	16,5	15,5	9,5	11,5
15 см	10	8	8	9	9,5	8,5	8,5
20 см	8,5	7,0	7,0	7,0	7,5	7,5	7,5

 

Измерение температуры лугово-торфянистой почвы до 20 см глубины, при температуре на поверхности почвы днем +38,6°C показало следующую динамику: наиболее подвижная динамика температуры почвы на глубине 5 см от поверхности: днем нагревается до +16,5°C, к 17 часам понижается на один градус, в 6 ч. утра, на восходе солнца +9…+9,5°C, вечером к 21 часу доходит до +10°C. С глубиной температура понижается, на глубине 20 см варьирует от +7,0 до +8,5°C. В каштановых почвах степей Убсунурской котловины в июне при тех же условиях температура почвы на 5–7°C выше (сухие почвы быстро нагреваются и также быстро отдают тепло) [15].

Растительный покров

Изучению разнообразия и фитоценотической характеристике растительных сообществ территории кластера «Оруку-Шынаа» посвящены исследования А.М. Самдан и С.С. Чоргаар [16, с. 196–197]. Они отмечают широкое распространение галофитных ценозов и высокую мозаичность растительного покрова, которая обусловливается сухим континентальным климатом, режимом поемности, присутствием древних русел и замеандрированностью поймы.

В прирусловой части поймы доминируют березовые (Betula microphylla Bunge) сообщества по мере удаления от водотока формируются ценозы кустарниковых ивняков (Salix viminalis L. – доминирует и Salix ledebouriana Trautv. – сопутствует) и облепишников (Hippophaё rhamnoides L.), которые перемежаются гликофитными (Poa pratensis L.), галофитными (Hordeum brevisubulatum (Trin.) Link; Carex reptabunda (Trautv.) V. Krecz.) и заболоченными (Carex cespitosa L.; Eleocharis quinqueflora (F.X. Hartm.) O. Schwarz.) вариантами луговых сообществ, образованные богатым разнотравьем и мезофитными злаками, центральные и притеррасные части поймы заняты настоящими крыловоковыльными (Stipa krylovii Roshev.) степями. Широкое развитие получили чиевые (Achnatherum splendens (Trin.) Nevski)), волоснецовые (Leymus paboanus (Claus) Ptig.), ломкоколосниковые (Psathyrostachys juncea (Fisch.) Nevski) сазовые солонцеватые степи. В биотопах с условиями чрезмерного соленакопления формируются шведковые (Suaeda prostrata Pall.) и солеросовые (Salicornia perennans Willd.) галофитные сообщества влажных солончаков. Места избыточного увлажнения, где выклиниваются грунтовые воды, заняты моноценозами из тростника южного (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.).

Ниже приводим схему классификации растительности кластера (табл. 5), которая разработана с применением доминантного критерия и показывает основное разнообразие растительности, хотя и не включает все ценозы, реально присутствующих на исследованной территории. Из-за недостаточного объема описаний для последних двух типов растительности (галофитона и гелофитона) не указаны класс формаций и группа формаций.

 

Таблица 5 – Схема классификации растительности кластера «Оруку-Шынаа»

Тип растительности	Степи
Класс формаций	настоящие степи
Группа формаций	настоящие мелкодерновинные степи
Формация	крыловоковыльная
Группа формаций	сазовые солонцеватые степи
Формации	чиевая, волоснецовые, ломкоколосниковая
Тип растительности	Луга
Класс формаций	долинные луга
Группа формаций	настоящие гликофитные луга
Формация	мятликовая
Группа формаций	заболоченные луга
Формации	осоковая, болотницевая
Группа формаций	галофитные луга
Формации	ячменевые, осоковые
Тип растительности	Леса
Класс формаций	пойменные леса
Группа формаций	древесно-кустарниковые леса уремного типа
Формации	березовая, ивовая, облепиховая
Тип растительности	Галофитная растительность (галофитон)
Группа формаций	галофитные сообщества влажных солончаков
Формации	шведковые, солеросовые
Тип растительности	Водно-болотная растительность (гелофитон)
Формация	тростниковая

  

Растительный покров поймы кластера испытывает естественные периодические нарушения (затопление, эрозия берегов, отложение аллювия, механическое повреждение растений) и их формирование не укладывается в одну общую схему, а идет различными направлениями, в зависимости от особенностей гидрологического режима на конкретном участке. Предполагаем, что для данной пойменной растительности конечным итогом ее развития является формирование уремных ивняков из Salix viminalis с соответствующим составом и структурой травостоя.

Структура растительного вещества и запасы фитомассы

Структура и запас фитомассы изучались на двух репрезентативных пробных участках кластера Оруку-Шынаа, отличающихся по почвенному покрову, режимом увлажнения, составом видов и общим проективным покрытием сообществ:

– пробный участок № 1 (ОШ-1/18) – остепненный солончаковый луг;

– пробный участок № 2 (ОШ-2/18) – настоящий гликофитный мятликовый луг.

На травянистых лугах надземная растительная масса (719,8 г/м²) превышает таковую на остепненных солончаковых лугах (ОШ-1) почти в три раза (табл. 6). Зеленая масса на двух участках количественно почти равны, но качественно сильно отличаются: на мятликовых лугах – злаки и осоки, на солончаковых – суккулентные галофиты. В мятликовых гликофитных луговых сообществах за время заповедного режима (с 1993 г.) накопилась большая мортмасса в виде ветоши и подстилки. Ветошь и подстилка превышают живую зеленую массу почти в 5 раз. На остепненном лугу с незначительным проективным покрытием (40%) мортмасса превышает живую в два раза. До заповедного режима (до 1993 г.) здесь были сенокосы с ежегодным выкашиванием травостоя, что не способствовало накоплению мертвой массы. Мертвая масса закрывает полностью поверхность почвы, воздух не проникает в нижние корнеобитаемые слои, происходит заболачивание луга.

 

Таблица 6 – Структура и запас фитомассы в галофитном и гликофитном лугах

Фракции	Почвенные разрезы и массы растительного вещества, г/м²
	ОШ-1/18		ОШ-2/18
Надземная фитомасса
Зеленая часть	110,0		128,8
Ветошь	51,9		292,1
Подстилка	133,4		298,9
Общая надземная масса	295,3		719,8
Подземная фитомасса
	Живые	Мертвые	Живые	Мертвые
Глубина 0–10 см	478,0	1396,0	471,0	729,0
Глубина 10–20 см	47,0	276,0	87,0	380,0
Узлы кущения и корень укороченный	44,6	–	–	–
Итого:	569,6	1672,0	558,0	1109,0
Общая подземная масса	2241,6		1667,0
Общая масса растительного вещества	2536,9		2376,8

 

На мятликовом лугу общая подземная фитомасса (2376,8 г/м²) превышает надземную (719,8 г/м²) почти в три раза, а на остепненном лугу в два раза. В подземной фитомассе мертвая корневая масса повсеместно превышает живые корни – на мятликовом лугу в 2 раза (живые корни 558 г/м², мертвые 1109 г/м²), а на остепненном лугу в 3 раза (соответственно 570 г/м² и 1672 г/м²). В структуре подземной фитомассы превышение мертвых корней над живыми имеет диагностический характер, показывающий угнетенное состояние экосистемы.

Выводы

Для территории кластера «Оруку-Шынаа» заповедника «Убсунурская котловина» впервые описаны бурые лугово-пустынно-степные солонцевато-корковосолончаковые почвы, сформировавшиеся на древних озерно-аллювиальных песчаных отложениях. Ближе к руслам рек с более густой растительностью развиты лугово-торфянистые тяжелосуглинистые почвы на речном аллювии. Эти луга, бывшие сенокосные угодья до заповедания, в настоящее время не испытывают антропогенного воздействия и следствием этого является накопление большой мортмассы в структуре фитомассы.

Изучение разнообразия растительных сообществ позволило выявить присутствие настоящих крыловоковыльных степей, которые имеют незначительное распространение. Активный процесс засоления почв обусловило формирование галофитных сообществ – сазовых солонцеватых степей, ячменевых и осоковых галофитные лугов, шведковых и солеросовых фитоценозов. По берегам русел развиты древесно-кустарниковая уремная растительность из березы мелколистной, ивы Ледебура, облепихи крушиновидной. В местах с избыточным увлажнением встречаются болотницевые, осоковые заболоченные луга и тростниковые займища.

Описанные участки до создания заповедника (1993 г.) относились к государственному земельному фонду и луга активно использовались под сенокосные угодья, а на остепненных участках росла облепиха. После введения заповедного режима на территории кластера хозяйственная деятельность была полностью прекращена. По истечении 30 лет на луговых сообществах наблюдается признаки заболачивания, происходит оторфование в верхнем горизонте почвенного профиля. В структуре растительного вещества на лугах наблюдается перестройка в сторону увеличения мортмассы, на остепненном лугу растительный покров изреживается и в почвенном покрове идет активный процесс засоления.

About the authors

Svetlana Surunovna Kurbatskaya

Tuva State University; Center for Biosphere Research

Email: lana.kurbatskaya@mail.ru

doctor of geographical sciences, professor of Geography and Tourism Department, chief researcher of Natural Sciences Laboratory

Russian Federation, Kyzyl; Kyzyl

Andrey Mikhailovich Samdan

Tuva State University

Email: andrejsamdan@yandex.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Russian Federation, Kyzyl

Chochagai Oskal-oolovna Oorzhak

Center for Biosphere Research

Author for correspondence.
Email: ubsunurflower@mail.ru

researcher of Natural Sciences Laboratory

Russian Federation, Kyzyl

References

Supplementary files