X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Актуальность. В почвенном покрове Южного Урала наряду с зональными почвами встречаются интразональные. Наиболее распространены в черноземной и лесостепной зонах солоди, обычно приуроченные к блюдцам (микропонижениям), покрытым древесной растительностью, осоками и другими влаголюбивыми растениями. Солоди представляют собой последнюю стадию деградации солончаков. Вместе с черноземами они часто вовлекаются в пашню и деградируют. Планомерный мониторинг по комплексной оценке почв наиболее техногенной территории Урала показали, что несмотря на спад промышленного производства, отходы которого изменяли свойства почв, состояние земельного фонда характеризуется как критическое, и вопросы рационального использования почв сельскохозяйственного назначения не сняты [1, 4; 5; 6]. Поэтому возникла необходимость в разработке модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия, требующей расширения сведений о почвах [2, 3]. Для этого необходимо определить всё разнообразие почв, параметры их физических, водных и агрохимических свойств. Поэтому в условиях усиливающейся кризисной ситуации в природе изучение изменений свойств почв является актуальной задачей.

Исследования проводились в 2016 г. по программе Договора о сотрудничестве ФГБОУ ВО «Уральский ГАУ» с МОУ «СОШ № 48» Копейского городского округа от 15.09.2015 г. (сетевое взаимодействие) в Еткульском районе Челябинской области в окрестностях озера Шантропай.

Цель: изучение современного состояния интразональных почв зоны рекреации оз. Шантропай Еткульского района.

Задачи:

1.       получить современные данные по свойствам почв окрестностей озера Шантропай;

2.       определить распределение корневой системы в солоди типичной и солоди типичной деградированной;

3.       определить плотность сложения почв;

4.       собрать материал для школьного музея природы.

Методы исследования. В работе применялись полевые и камеральные методы исследования по общепринятым методикам (Приложения 1, 2). Наблюдения и учет растительности были проведены на учетной площади 100х100 м. Количественно-весовой метод учета растительности проведен с делянки площадью 1м². Разрезы заложены в характерных однотипных точках рельефа. Профили разрезов были описан и из них отобраны образцы для определена плотности сложения и количественного анализа корневой системы [4].

Описание почвенных условий. Распределение почв на территории Южного Урала подчиняется закономерностям горизонтальной с черноземами лесостепной и степной зон и вертикальной с горными почвами зональности. По характеру последействий антропогенного вмешательства выделяется деградированный агроландшафт, частично потерявший свои первоначальные функции. Зональными почвами являются черноземы. Солонцы, солончаки, солоди, аллювиальные, болотные почвы и боровые пески - почвы интразонального типа. В Еткульском районе преобладают черноземы выщелоченные. Они обладают достаточно мощным перегнойным горизонтом (30-60 см) с содержанием гумуса 6-9%. Второе место по распространению занимают серые лесные осолоделые почвы. Они формируются в условиях периодически промывного водного режима. Характеризуются кислой реакцией почвенной среды, низким запасом питательных веществ и плохими физическими свойствами. [1, 6, 7]. 

Солонцы наиболее распространены в Красноармейском районе, представляющие собой пятна различной величины среди выщелоченных и солонцеватых черноземов. Таким образом, в почвенном покрове северной и южной лесостепной зоне Челябинской области, наряду с почвами, обладающими высоким плодородием, встречаются и такие, для повышения плодородия которых требуется мелиоративное вмешательство [3]. Рельеф и почвообразующие породы. Равнинная территория с проявлениями микрорельефа характеризуется четким делением на примыкающий к горам Зауральский пенеплен и на неширокую полосу низменности на востоке Челябинской области. Геоморфология местности меняется под воздействием горнодобывающей промышленности, создающей промышленно-нарушенные и рекультивируемые роды агроландшафтов [3].  

Почвы деградированных ландшафтов потеряли свое естественное плодородие и требуют рекультивации или мелиоративных мероприятий. [6; 8].

Развитие солодей на территории Челябинской области. Развитие солодей обычно приурочено к микрорельефным понижениям, где имеются благоприятные условия для повышенного увлажнения и промывания почв вследствие стекания снеговой и дождевой воды. Самый процесс превращения солонцов в солоди носит название осолодения, или деградации солонцов. При длительном промывании и выщелачивании солонцы превращаются в солодь [4]. Гуматная часть солонцов вымывается, а алюмосиликатная - усиленно распадается на более простые соединения (кремнекислоты и гидроокисей железа и алюминия). Полуторные окислы вслед за этим подвергаются выносу из осолодевающих горизонтов в более глубоко залегающие, а кремнекислота остается и постепенно накапливается. В результате обогащения кремнеземом верхние горизонты становятся все более белесыми. Сверху выделяется перегнойный горизонт (A₁) различной мощности и окраски; под ним белесый осолоделый горизонт (А₂), бесструктурный. Ниже залегает более темный окраски, глыбистый, а иногда слитой горизонт (В); во влажном состоянии он очень вязкий, в сухом - твердый. Обладая незначительным содержанием органического вещества и важнейших питательных элементов, а также неблагоприятными физическими и химическими свойствами, солоди являются бедными и малоплодородными почвами [5, 7]. Вместе с тем солоди во многих случаях лесопригодны и на них развивается естественная лесная растительность. Поэтому солоди и осолоделые почвы в ряде случаев целесообразно оставлять под лесом, тем более, что лесные насаждения в степных и лесостепных районах способствуют снегонакоплению, смягчению климатических условий. При включении солодей в сельскохозяйственное использование первостепенное значение приобретает внесение удобрений, извести, а также землевание [2, 5].  

Результаты исследования. Окрестности озера Шантропай относятся к зоне рекреации. Водосборный бассейн озера представлен комплексом интразональных почв с лесной растительностью. На этой территории встречаются участки земель с нарушенным рельефом и деградированным почвенным покровом. Наибольшее распространение здесь получили солоди типичные. 

Развитие солодей обычно приурочено к микрорельефным понижениям, где имеются благоприятные условия для повышенного увлажнения и промывания почв вследствие стекания снеговой и дождевой воды. Процесс деградации солонцов в солоди носит название осолодения. При длительном промывании и выщелачивании солонцы преходят в солодь [2]. В результате обогащения кремнеземом верхние горизонты становятся все более белесыми. Обладая незначительным содержанием органического вещества и важнейших питательных элементов, а также неблагоприятными физическими и химическими свойствами, солоди являются бедными и малоплодородными почвами [2; 3]. Вместе с тем солоди во многих случаях лесопригодны и на них развивается естественная лесная растительность. Поэтому солоди и осолоделые почвы в ряде случаев целесообразно оставлять под лесом, тем более, что лесные насаждения в степных и лесостепных районах способствуют снегонакоплению, смягчению климатических условий. При включении солодей в сельскохозяйственное использование первостепенное значение приобретает внесение удобрений, извести, а также землевание [2]. 

Исследование профилей солоди типичной в окрестностях озера Шантропай показало, что в местах наибольшего скопления отдыхающих в этих почвах изменились морфологические признаки и деградировали основные физические свойства.

На таблице 1 видно, что по мощности гумусово-элювиального горизонта А₁ (22 см) солодь типичная относится к маломощной. Мощность этого горизонта солоди деградированной снижается до 18 см.

Таблица 1 - Изменения солоди типичной при рекреационном использовании

Горизонты почвенного профиля	Мощность, см		Плотность сложения, г/см3
	Солодь типичная	Солодь деградированная	Солодь типичная	Солодь деградированная
А1	22,0	18,0	1,2	1,3
А2	14,5	12,2	1,3	1,4
В	22,3	18,5	1,6	1,6

 

Пребывание отдыхающих на территории рекреационной зоны увеличило плотность сложения верхних горизонтов. Если плотность сложения в горизонте А₁ солоди типичной составляет 1,2 г/см³, то у деградированной 1,3 г/см³. Оценка плотности солодей проведена в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 -  Оценка плотности почв

Плотность, г/см3	Качественная оценка
1	Почва вспушена или богата органическим веществом
1,0-1,1	Типичные величины для культурной свежевспаханной почвы
1,2	Почва уплотнена
1,3-1,4	Почва сильно уплотнена
1,4-1,6	Типичные величины для подпахотных горизонтов
1,6-1,8	Сильноуплотненные иллювиальные горизонты почв

 

Показатели плотности свидетельствуют, что почвы прилегающей к озеру территории более деградированы, в верхнем горизонте они сильно уплотнены. Их плотность в горизонте А₂ достигает 1,4 г/см³.

Повышение плотности сложения отрицательно влияет на водный и воздушный режим почвы, снижая продуктивность лесолуговой растительности [2]. Следовательно, снижается качество зоны рекреации.

С целью более подробной характеристики в лабораторных условиях выполнен количественно-весовой учет растений, произрастающих на данных почвах (таблица 3).

Таблица 3 - Изменение биомассы растений на солоди типичной при ее деградации, 2016 г.

Вариант	Сухая масса растений, г/м2	Сухая масса корней, г/ м2
Солодь типичная	1592, 6	637, 6
Солодь типичная антропогенная	784,2	211,2

 

На таблице 3 видно, что общая биомасса растений и их корней в верхнем горизонте нарушенной почвы в два раза меньше, чем в естественной.

Смена фитоценозов в зоне рекреации изменило и характер распределения корневой системы по горизонтам (таблица 4).

Таблица 4 - Влияние фитоценозов на распределение корневой системы по профилю солоди, 2016г.

Почва	Горизонт	Глубина, см	Содержание корней г/м2
Солодь типичная	А1 А2 В	2-22 22-36 36-58	637 432 104
Солодь типичная деградированная	А1 А2 В	0-18 18-30 30-48	211 57 12

 

Если в горизонте А₁ солоди деградированной содержание массы корней только в 3 раза меньше, чем в естественной почве, то уже в элювиальном (А₂) и иллювиальном горизонтах (В) в 7 и 8 раз соответственно.

Таким образом, по полевым и лабораторным материалам исследований почв рекреационной зоны озера Шантропай можно сделать следующие выводы.

1. В зоне рекреации озера Шантропай широко распространены низкоплодородные солоди типичные с отрицательными физическими свойствами.

2. Рекреационная нагрузка на солоди ведет к их деградации: изменению морфологических признаков, увеличению плотности сложения верхних горизонтов.

3. Деградация солоди типичной способствует смене фитоценозов с низкой фитомассой и изменению распределения их корневой системы по профилю почвы.

4. Учитывая почво- и водоохранное, снегозадерживающее и рекреационное значение лесов, произрастающих на солоди типичной, необходимо систематически проводить мониторинг почв и растений и регулировать антропогенную нагрузку на природные объекты.

 

Библиографический список

1.        Виноградов, Н. Б., Гитис, М. С., Кузнецов, В. М. Историческое краеведение. Челябинская область: учеб. пособие / Н. Б. Виноградов, М. С. Гитис, В. М. Кузнецов. - Челябинск: АБРИС, 2009. - 128 с.

2.       Вольхина Н., Силантьева А.Р., Ларионова О.А., Сенькова Л.А. Почвы березовых колков - солоди, как особо охраняемые объекты ландшафтов.  //Молодежь и наука. 2016. № 9. С. 35.

3.       Карпухин М.Ю., Сенькова Л.А. Возможность использования банка почв при проведении регионального мониторинга почв Южного Урала // Коняевские чтения: сб. ст. Междунар. науч.-практич. конф. - Екатеринбург, 2016. С. 70-72.

4.       Киселева А.О., Сенькова Л.А. Эколого-геологический мониторинг в системе кадастровых исследований // Сб. материалов междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные направления технологического, экономического и экологического развития сельского хозяйства», 2017, С.426-435.

5.       Мехова М.А., Сенькова Л.А. Анализ состояния мониторинга техногенного загрязнения почв Уральского региона //В сб.: Инновационные технологии и технические средства для АПК. Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Под общей редакцией Н.И. Бухтоярова, Н.М. Дерканосовой, В.А. Гулевского. Воронеж, 2016. С. 192-195.

6.       Сенькова Л.А. Состояние почв особо охраняемых территорий Южного Урала // Аграрная наука. 2008. № 11. С. 14-15.

7.        Сенькова Л.А., Гринец Л.В. Физические и водные свойства чернозема выщелоченного Южного Урала в связи с орошением // Научное обозрение. Биологические науки" № 2 2017, стр. 136-141. URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11556 (дата обращения: 15.12.2017).

8.       Сенькова Л.А., Гринец Л.В. Значение изучения почв древнего антропогенеза для познания взаимоотношений человека и природы // Сб. материалов междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные направления технологического, экономического и экологического развития сельского хозяйства», 2017, С. 470-475.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Определение плотности сложения

Плотностью сложения почвы называют вес единицы объема. При определении плотности сложения узнают вес почвы в определенном объеме со всеми порами и промежутками имеющихся в почве. При определении же удельного веса узнают вес твердой фазы почвы, занимающий сплошь весь объем, без пор и промежутков. Таким образом объемный вес одной и той же почвы всегда будет меньше удельного веса.

Ход работы

1.     Взять металлический цилиндр и взвесить его на химико-технических весах.

2.     Насыпать в цилиндр почву из нерастертого образца, уплотняя ее по мере наполнения / постукивая дном цилиндра о ладонь руки /

3.     Измерить высоту насыпанного слоя почвы, диаметр цилиндра и определить объем почвы.

4.     Взвесить цилиндр с почвой на химико-технических весах и произвести расчеты. Рассчитывают объемный вес по формуле:

ОВ= Р/У

Где:

ОВ - плотность сложения в г/куб. см.

Р -масса сухой почвы в г.

У - объем почвы в цилиндре в куб.см.

 

Р = А*100/100+а

 Где: А -масса влажной почвы в г.

а - влажность почвы в %

 

У = Пч² 

где : П=3,14

ч = радиус цилиндра в см.

Н = высота почвы в цилиндре в см.

Окончательно формула примет вид:

 

ОВ = А*100//100+а/у

Скважностью или порозностью называется суммарный объем пор между ее частицами в единице объема. Ее выражают в процентах объема почвы.

 

Р = (1-ОВ/УВ)100

где:

Р - общая скважность

ОВ - объемный вес почвы

УВ - удельный вес почвы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Фотоотчет наблюдений и исследований

 

Рисунок 1- отбор почвенных и растительных образцов антропогенных ландшафтов окрестностей озера Шантропай

 

 

Рисунок 2 - Солодь типичная деградированная

 

 

Рисунок 3 - отбор растительных образцов

 

Рисунок 4 - Лабораторные исследования. Определение плотности сложения солоди

 

Код для цитирования: Скопировать