Восстановление почвенного плодородия чернозема южного в условиях заповедного режима Оренбургского государственного природного заповедника

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В данной статье представлена сравнительно-временная экологическая характеристика чернозема южного в условиях режима заповедования участка Айтуарской степи Государственного природного заповедника «Оренбургский». Показана степень экологической реабилитации черноземов на особо охраняемых природных территориях. Приводятся количественные данные по обеспеченности почвы азотом, фосфором и калием, по содержанию тяжелых металлов в почве. Определение содержания тяжелых металлов и микроэлементов в пробах почв (по методу Крупского и Александровой в модификации Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства) проводилось согласно ГОСТ 50683–94. Определение подвижных соединений фосфора и калия осуществлялось по методу Мачигина (ГОСТ-26205–91), органического вещества по методу Тюрина (ГОСТ 26213–9), щелочногидролизуемого азота – по Корнфильду. В работе представлены результаты сравнения агрохимического и эколого-токсикологического исследования южного чернозема в период 1996–2016 гг. Приведены основные морфогенетические характеристики почвенного профиля чернозема южного карбонатного малогумусного маломощного среднесуглинистого. Данные морфологических, физических и агрохимических свойств почв были подвергнуты математико-статистической обработке. Это позволило определить морфологические параметры, качественно-количественные характеристики почвы и их варьирование в пределах элементарных почвенных ареалов, в зависимости от положения в ландшафте и характера использования. Полученные данные свидетельствуют о положительной динамике по обеспеченности почвы гумусом и элементами минерального питания растений, а также о значительном снижении содержания тяжелых металлов по всему почвенному профилю. Таким образом, мы можем говорить о естественном восстановлении почвенного плодородия в условиях заповедного режима на особо охраняемых природных территориях.

Полный текст

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.

×

Об авторах

Александр Николаевич Тюрин

Оренбургский государственный педагогический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: turin55@rambler.ru

кандидат географических наук, доцент кафедры географии и методики преподавания географических дисциплин

Россия, Оренбург

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Тюрин А.Н., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.