Биологические особенности черноземов залежей Ботанического сада ЮФУ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Мясникова Маргарита Алексеевна, Черникова Мария Петровна, Казеев Камиль Шагидуллович, Ермолаева Ольга Юрьевна, Колесников Сергей Ильич

BIOLOGICAL FEATURES OF THE BLACK SOIL DEPOSITS IN THE BOTANICAL GARDEN OF SFU

We have studied changes in flora, humus content, peroxidase activity and polyphenoloxidase in ordinary black soils in natural succession of different-age deposits. We have also selected stage successions in uneven deposits

Текст научной работы на тему «Биологические особенности черноземов залежей Ботанического сада ЮФУ»

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

УДК 574.4; 631.46 UDC 574.4; 631.46

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ ЗАЛЕЖЕЙ БОТАНИЧЕСКОГО САДА ЮФУ1 BIOLOGICAL FEATURES OF THE BLACK SOIL DEPOSITS IN THE BOTANICAL GARDEN OF SFU

Мясникова Маргарита Алексеевна ассистент Myasnikova Margarita Alekseevna assistant

Черникова Мария Петровна магистрант Chernikova Maria Petrovna master's degree student

Казеев Камиль Шагидуллович д.г.н, профессор Kazeev Kamil Shagidullovich Dr.Sci.Geogr., professor

Ермолаева Ольга Юрьевна к.б.н., старший преподаватель Yermolaeva Olga Yurevna Cand.Biol.Sci., senior lecturer

Колесников Сергей Ильич д.с.-хн, профессор Kolesnikov Sergey Ilich Dr.Sci.Agr., professor

Козунь Юлия Сергеевна ассистент Kozun Yuliya Sergeyevna assistant

Акименко Юлия Викторовна ассистент Akimenko Yuliya Viktorovna assistant

Яровая Екатерина Васильевна студент Южный федеральный университет Yarovaya Ekaterina Vasilyevna student Southern Federal University

Изучены изменения флоры, содержания гумуса, активность пероксидазы и полифенолоксидазы в черноземах обыкновенных в естественном сукцессионном ряду разновозрастных залежей. Выделены стадии сукцессий на разновозрастных залежах We have studied changes in flora, humus content, peroxidase activity and polyphenoloxidase in ordinary black soils in natural succession of different-age deposits. We have also selected stage successions in uneven deposits

Ключевые слова: ЗАЛЕЖЬ, ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, ЧЕРНОЗЕМ, СУКЦЕССИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ Keywords: SOD FIELD, ENZYME ACTIVITY, BIOLOGICAL ACTIVITY, SOIL OF SOUTHERN RUSSIA, SUCCESSION PROCESSES

На юге России степь стала одной из территорий, подвергшейся большой антропогенной нагрузке: из-за тотальной распашки уничтожена на огромных

1 Исследование выполнено в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ № 6.345.2014/К и государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-2449.2014.4).

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

пространствах естественная растительность и потерян природный облик ландшафтов, продолжается деградация почвенного покрова, остается реальной угроза исчезновения ряда представителей флоры и фауны из-за уничтожения их местообитания [1,2].

В последние десятилетия по различным причинам значительные площади пахотных земель в России были исключены из сельскохозяйственного оборота, выведены в залежь. В России выведено и не используется по разным данным от 4 до 5 млн. га пашни [3,4]. Выведенные из севооборота пашни вступают в сложный процесс восстановления растительности и почвенного плодородия - залежную сукцессию [5]. Постагрогенные сукцессии на залежах идут в направлении формирования зональных типов экосистем до климаксного или субклимаксного состояния [6]. В целом обобщающая схема зацелинения степных залежей выглядит следующим образом: бурьянистая^ корневищная ^ рыхлокустовая ^ плотнокустовая [7,8]. В зависимости от условий сукцессионные ряды могут состоять из различного числа стадий и иметь разную продолжительность [9,10].

При выводе почв из сельскохозяйственного оборота природные почвообразовательные процессы способствуют регенерации пахотных почв: отмечается увеличение содержания гумуса и ферментативной активности [11,12], но есть и исключения, например активность пероксидазы и полифенолоксидазы [13,14], увеличение содержания углерода лабильной фракци [15]. Биологические показатели широко используются как индикаторы экологического состояния почв [16- 20], а также для диагностики различных антропогенных воздействий [21,22]. Таким образом, в настоящее время актуальны вопросы восстановления биологических свойств, плодородия почв залежей в различных стадиях сукцессий, оценка возможности их дальнейшего рационального использования. В связи с этим возникает необходимость в специальном изучении особенностей зарастания заброшенной пашни, видового состава растительности, стадий зацелинения и их

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

длительности, изменения почвенных свойств на этих стадиях.

Цель работы - изучение современного состояния растительного и почвенного покрова залежных участков Ботанического сада Южного федерального университета.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Юг России расположен в Причерноморско-Казахстанской подобласти степной области Евразии. Согласно геоботаническому районированию [8] преобладающая часть территории находится в пределах Приазовско-Причерноморской степной подпровинции Причерноморской (Понтической) степной провинции. Степи характеризуются неравномерным увлажнением и различным тепловым режимом, что обуславливает различия в почвенном покрове [1]. Под степной растительностью сформированы черноземы, которые составляют главный земельный ресурс сельскохозяйственного производства. Биологические свойства черноземов подробно охарактеризованы в литературе [23-25].

Ботанический сад ЮФУ расположен в северо-западной части Ростова-на-Дону. Занимает площадь 160 га с разнообразным рельефом, почвами, растительностью. На территории Ботанического сада располагается участок «Приазовская степь» общей площадью свыше 10 га. Часть участка, расположенная на пологом водораздельном склоне, занимает старовозрастная залежь (около 60 лет), достигшая пырейно-типчаковой стадии зацелинения. Другая часть - молодая залежь (около 20 лет), расположена на пологом приводораздельном склоне правого коренного берега

р. Темерник, находится в корневищно-злаковой стадии зацелинения. Эти залежи являются уникальными фрагментами донских степей, расположенных в черте города. Не смотря на близость расположения, Ботанический сад мало изучен, поэтому является привлекательным объектом для проведения исследований.

Для оценки восстановления залежных почв было проведено их сравнение с пашней, находящейся на территории Ботанического сада. Черноземы обыкновенные

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

южно-европейской фации (североприазовские) на территории сада являются преобладающими почвами.

Изучение флоры и растительности залежных степных сообществ проводили маршрутным методом в 2013 - 2014 гг. в соответствии со стандартными подходами [26]. Видовая принадлежность растений определялась по сводке «Флора Нижнего Дона» [27,28]. Названия видов приведены по работе «Сосудистые растения России и сопредельных государств» [29]. Анализ флоры проведен по общепризнанным методикам [30].

Исследования проводили с использованием общепринятых методов в экологии и почвоведении [31]. Содержание общего гумуса определяли по методу И.В. Тюрина в модификации Никитина, групповой фракционный состав гумуса по И. В. Тюрину в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой. Активность пероксидазы и полифенолоксидазы изучалась по методике Л.А. Карягиной, Н.А. Михайловой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В результате исследований на залежных участках всего было зарегистрировано 178 видов сосудистых растений, принадлежащих к 116 родам, 31 семейству. Спектр ведущих семейств включает 141 вид, что составляет 79,2 % от общ. числа видов флоры и представлен такими семействами, как Asteraceae, Poaceae, Lamiaceae и Brassicaceae, Caryophyllaceae, Rosaceae, Scrophulariaceae, Boraginaceae, Apiaceae. Однако, на залежных участках разных возрастов роль отдельных семейств различна (рис. 1).

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

Рис. 1. Систематический анализ флоры залежных участков, с учетом количества особей (%) (А- старовозрастная залежь, Б- молодая залежь)

Отметим, что на наиболее старых залежах зарегистрировано 147 видов сосудистых растений. Ведущую роль в сложении фитоценозов старых залежей играют такие семейства, как Asteraceae, Poaceae, Lamiaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Rosaceae и Scrophulariaceae, Caryophyllaceae. Роль остальных семейств незначительна и представлена 1- 3 видам. Состав и степень участия видов семейства Poaceae свидетельствует о типчаковой стадии зацелинения участка старой залежи. Доминантом растительного покрова здесь является плотнодерновинный злак -Festuca valesiaca Gaudin.

На более молодых залежах зарегистрировано 116 видов сосудистых растений. Этот участок представляет собой корневищно-злаковую стадию зацеленения. Ведущую роль в сложении фитоценозов играют такие семейства как Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Scrophulariaceae, Caryophyllaceae и Apiaceae, Lamiaceae и Boraginaceae. Остальные семейства играют незначительную роль в сложении фитоценозов и представлены 1-3 видами. Эдификаторную роль на молодых залежах играет длиннокорневидный злак - Calamagrostis epigeios (L.) Roth.

Коэффициент флористического сходства Жаккара между исследованными залежами равен 0,6. Высота травостоя в среднем на участке молодой залежи выше (67 см), чем на старой залежи (50 см). Такая же тенденция наблюдается и для проективного

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

покрытия растительности: на молодой залежи в среднем 93%, а на старой залежи 73%. Наземная фитомасса в мае на молодой залежи больше на 34 %, чем на старовозрастной залежи. Проведенные исследования через 2 месяца показали практически идентичные значения фитомассы, она варьировала от 64 до 66 ц/га. По общему числу фитомассы изученные залежи согласно десятибалльной шкале Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина [32], можно охарактеризовать как малопродуктивные (3 балла - 51-125).

Влияние травянистой растительности на почву рассматривается как положительное. Травяной опад обогащен азотом и зольными элементами, корневая система трав благоприятствует внутрипочвенному поступлению растительных остатков и, как следствие внутрипочвенному гумусонакоплению [33].

Содержание гумуса - наиболее важный показатель экологического состояния и плодородия почв, определяющий выполнение ею экологических функций. Различия в содержании гумуса на исследованных участках наблюдаются по всему профилю (рис. 2).

Рис. 2. Профильное распределение содержания гумуса в исследованных почвах По сравнению с пахотным вариантом содержание гумуса на старовозрастной залежи возрастает в 3,4 раза, а на молодой залежи увеличивается в 1,8 раз. По профилю наблюдается более резкое снижение на старовозрастной залежи, каждые 20-30 см в 1,5-2 раза. На пашне ввиду регулярной обработки с оборотом пласта

Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года

профильное распределение не дифференцировано.

Таблица 1- Гумусное состояние чернозема обыкновенного

Содержание гумуса, % Запас гумуса в слое 0-100 см, т/га Сгк/Сфк Е4:Е6

Старовозрастная залежь 5,49 242 1,88 3,88

Молодая залежь 3,09 217 1,67 2,74

Пашня 1,64 143 1,27 1,91

Используя характеристику гумусного состояния почв по Д.С. Орлову [34] с соавторами (2004) было выявлено, что содержание гумуса на старовозрастной залежи соответствует уровню ниже среднего, молодой залежи - низкому уровню, а на пахотном варианте отмечается малое содержание. По запасам гумуса в почвенном слое (0-100 см) залежные участки оценены как средние, а пахотный вариант как низкий. При оценке типа гумуса, было отмечено, что на залежах гуматный тип гумуса (Сгк/Сфк варьирует от 1,67 до 1,88), а на пашне фульватно-гуматный тип гумуса (Сгк/Сфк = 1,27). Степень гумификации органического вещества на залежах сверх высокая (варьирует от 50 до 56), а на пашне высокая (38). Наибольшая величина коэффициента цветности Е4:Е6 характерна для старовозрастной залежи, а наименьшая для пашни. Растворы гумусовых веществ, имеющих высокие значения Е4:Е6, обладают меньшей вязкостью, чем растворы гумусовых веществ с низкой величиной этого показателя.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎