Антропогенное воздействие на почвы пастбищ оймяконского нагорья северо-востока якутии
На правах рукописи
ВИНОКУРОВ АНДРЕЙ АНДРЕЕВИЧ
АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЧВЫ ПАСТБИЩ ОЙМЯКОНСКОГО НАГОРЬЯ СЕВЕРО-ВОСТОКА ЯКУТИИ
Специальность: 03.02.08 – экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Якутск - 2012
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладной экологии Севера ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова» и ГНУ «Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор,
Саввинов Дмитрий Дмитриевич
Официальные оппоненты: Данилова Альбина Афанасьевна
доктор биологических наук
Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства СО РАСХН, вед. науч. сотр.
Сазонов Николай Никитич
доктор биологических наук, доцент
ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, профессор кафедры биохимии.
Ведущая организация: Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН
Защита диссертации состоится «16» апреля 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.306.03 при ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова» по адресу: 677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58, факс (4112) 49-69-66; e-mail: [email protected]; [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»
Автореферат разослан «___» марта 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор биологических наук Н.С. Данилова
Общая характеристика работы
Актуальность. В настоящее время северные регионы привлекают к себе пристальное внимание мирового сообщества в связи с глобальным изменением климата в высоких широтах, так как северные экосистемы, находящиеся в экстремальных условиях остро реагируют даже на незначительные изменения природных условий.
Слабая изученность почвенного покрова района исследований связана с большой пространственной протяженностью и труднодоступностью природных объектов. Без научного познания основных закономерностей формирования и развития почвенного покрова, особенностей и режимов основных типов мерзлотных почв, не имея четких представлений об их изменениях в результате сельскохозяйственного освоения невозможно рационально и эффективно распоряжаться земельным фондом. Требуется всестороннее изучение почвенных ресурсов как основы их сельскохозяйственного использования в традиционном животноводстве, а также в целях охраны уникальных ландшафтов Северо-востока России.
Концентрация сельскохозяйственного производства в местах компактного проживания населения привела к значительной деградации почвенно-растительного покрова пастбищ. Принимая во внимание это, нами изучено современное экологическое состояние почв впадин Оймяконского нагорья, характеризующейся наиболее экстраконтинентальными климатическими условиями. Географический район исследований (64 с.ш. и 144 в.д.) известен как Полюс холода на Северном полушарии, здесь в январе 1931 года официально зафиксировано снижение температуры воздуха минус 67,7 С.
Цель исследований – изучение антропогенного воздействия на мерзлотные почвы впадин Оймяконского нагорья Северо-востока Якутии.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
- изучить почвенный покров района исследований;
- изучить влияние пирогенного воздействия на агрофизические и агрохимические свойства мерзлотных почв;
- изучить изменение агрофизических и агрохимических свойств почв пастбищ в условиях выпаса;
- разработать предварительные рекомендации по рациональному использованию почвенно-растительных ресурсов пастбищ.
Научная новизна. Впервые для горной части Северо-востока Якутии изучены основные типы почв пастбищ и сенокосных угодий; определены количественные показатели изменения агрофизических и агрохимических свойств почв при пирогенном и антропогенном воздействии; установлены изменения качественных и количественных показателей питательной ценности лугопастбищных растений района исследований под влиянием выпаса.
Положения выносимые на защиту:
- В пределах Куйдусунской и Агаяканской впадин Оймяконского нагорья доминирующими типами являются мерзлотные торфяные, мерзлотные дерново-, перегнойно- и торфяно-глеевые почвы.
- Влияние пирогенного воздействия наиболее существенно для мерзлотных торфяных и торфяно-глеевых почв впадин Оймяконского нагорья, что связано со сгоранием больших объемов торфяного материала сопровождающееся ухудшением гранулометрического состава, снижением концентрации общего азота и повышением содержания зольных элементов.
- Многолетний неконтролируемый выпас сельскохозяйственных животных оказывает негативное воздействие, в первую очередь, на агрофизические (увеличение объемной массы, снижение фильтрации и ухудшение структурного состояния) и на агрохимические (уменьшение содержания гумуса, питательных веществ и общего азота) свойства почв района исследования.
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при организации комплексного почвенно-экологического мониторинга и для проведения восстановительных мероприятий (ремидиации) данных земель, а также могут служить научным обоснованием рационального использования почвенных ресурсов региона, и как следствие, созданию надежной кормовой базы для развития животноводства.
Апробация работы. Основные результаты научных исследований, положенных в основу диссертации, были представлены: V Международной научно-практической конференции «Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2007); Научно-практической конференции посвященной 15-летию ФГНУ ИПЭС «Экологическая безопасность Якутии» (Якутск, 2008), Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2009), Региональной научной конференции «I Ковалевские молодежные чтения» (Новосибирск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 4 в журналах из перечня ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 22 рисунка и 8 приложений. Список литературы включает 143 отечественных, 25 иностранных источников.
Настоящие исследования проведены при финансовой поддержке Гранта Президента Республики Саха (Якутия) по программе научных исследований молодых ученых (2008 г.).
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы доктору биологических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Д.Д. Саввинову, а также сотрудникам лаборатории географии и экологии мерзлотных почв НИИПЭС СВФУ и лаборатории технологии продуктивного коневодства ГНУ ЯНИИСХ Россельхозакадемии за помощь и поддержку.
1. Анализ состояния изученности проблемы
В главе проведен анализ литературы по мерзлотным почвам региона исследования, воздействию пирогенного воздействия на почвенный покров и рациональному использованию почвенно-растительных ресурсов долинных ландшафтов Северо-востока Якутии.
2. Объекты и методы исследований
Объектом исследований явился почвенно-растительный покров Куйдусунской и Агаяканской впадин Оймяконского нагорья Северо-востока Якутии с географическими координатами 64 с.ш. и 144 в.д. (рис. 1).
Выбор данной территории объясняется своеобразием физико-географических условий, обуславливающих многообразие и пестроту почвенно-растительного покрова, и локальностью территории, на которой расположены основные традиционные отрасли животноводства (коневодство, скотоводство, оленеводство) Северо-востока Якутии. Исследования почвенного покрова проводились по двум направлениям с оценкой степени воздействия зоогенного и пирогенного факторов:
- почвенно-растительный покров пастбищ, прилегающих к населенным пунктам в радиусе 3-5 км.
- почвенно-растительный покров пастбищ на удалении от населенных пунктов 5 и более км.
Рис. 1. Местонахождение района исследований и фрагмент почвенной карты (сноска) М 1:2500000 (Атлас…, 1989)
Методы исследований. Почвы изучались в соответствии с общепринятыми методиками, инструкциями и ГОСТами, с детализацией зоогенно и антропогенно преобразованных участков. Отбор проб проводился согласно ГОСТу 28168-89. Пробоподготовка проводилась согласно ГОСТу 17.4.4.02-84.
Химические, физико-химические, агрохимические и агрофизические свойства почв и растительности определялись в лаборатории агрохимии и почвоведения ИПА СО РАН (г. Новосибирск), лаборатории общей биохимии и массового анализа ГНУ ЯНИИСХ РАСХН на ИК-анализаторе NIR SCANNER 4250 и ГУП «Центргеоланалитика» ГГК РС (Я).
Результаты исследований обработаны методом дисперсного анализа (Доспехов, 1985).
Всего заложено 78 разрезов, определены 14 типов мерзлотных почв, диагностика почв производилась на основе классификации мерзлотных почв Л.Г. Еловской (1987).
Геоботанические описания проводились методом пробных площадок, проективное покрытие определялось по шкале Друде, урожайность травостоев - по биологической продуктивности. Определение видового разнообразия кормовых трав проводилось по Определителю высших растений Якутии (1974), Флоре Сибири, Т. I-XIII (1987-2003).
Картосхемы почвенного покрова масштаба 1:100 000 и 1:50 000 созданы в лаборатории экологического картографирования НИИПЭС СВФУ сравнительно-географическим методом на базе Arc View 9.
3. Природно-климатические условия формирования почвенного покрова
Почвенный покров региона формируется в условиях, не имеющих аналогов на всем Северном полушарии. Амплитуда температуры воздуха составляет более 100 С, абсолютный зафиксированный минимум температуры воздуха - 67,7 С, годовая сумма осадков 150-220 мм. Аридный и резко континентальный климат обусловливает своеобразный криоаридный гидротермический режим почв.
В годы исследований средняя годовая температура воздуха была выше средней многолетней на 1,4 С. Максимальная сумма среднемесячной температуры воздуха за пять месяцев с положительной температурой зафиксирована в 2008 г. (52 °С), а наименьшая в 2007 г. (44,7 °С) при средней многолетней норме 40,6 °С. Максимум осадков в теплый период наблюдался в 2008 г. (195,5 мм), минимум в 2009 г. (113,1 мм) при средней многолетней норме 147 мм.
Геологическое строение Оймяконского нагорья сложное, в горных породах присутствуют отложения всех систем, преобладают осадочные породы верхнего палеозоя и мезозоя. Также распространены интрузивы и эффузивы основной и кислой магмы мелового периода, а также четвертичные отложения, особенно значительные в низменностях.
Рельеф горно-увалистый, сильно расчленен и имеет абсолютные высоты от 300 до 800 м, обусловленный сложным геологическим строением и различием геотектонических структур. Орографические особенности оказывают большое влияние на характер климата, многолетней мерзлоты, почв, растительности, животного мира, на размещение полезных ископаемых и характер хозяйственной деятельности человека.
Почвообразующие породы водоразделов сложены элюво-делювием коренных пород и пролювием плотных пород (глинистых сланцев), низменности межгорных впадин заполнены четвертичными отложениями. Считается, что именно эрозионно-денудационный характер поверхности способствовал более интенсивному протеканию геохимических процессов, активной миграции и аккумуляции рассеянных и редких элементов в почвенном покрове.
Суровый климат обуславливает широкое распространение многолетней мерзлоты, глубокое и сильное промерзание почв, их слабое прогревание и оттаивание летом.
4. Характеристика естественного состояния почвенного покрова
Доминирующие типы мерзлотных почв долин рек Куйдусун и Агаякан (верхнее течение р. Индигирка) в основном представлены комплексами мерзлотных торфяных, торфяно-, перегнойно-, дерново-глеевых почв разной степени оглеения и разновидностями аллювиальных почв.
Мерзлотные дерново-глеевые почвы развиты на надпойменных террасах под травяно-кустарниковыми ассоциациями на суглинистом древнем аллювии. Оттаивают на 60-80 см. Эти почвы прошли лугово-болотную стадию почвообразования, сохранили оглеение. В них отсутствует карбонатный горизонт. Данные почвы характеризуются легким гранулометрическим составом с преобладанием фракции мелкого песка (табл. 1).
Таблица 1
Гранулометрический состав мерзлотных почв
| Горизонт, глубина, см. | Гигр. влага, % | Потеря от HCL, % | Значение фракций, % | Физ. глина, < 0,01 | Физ. песок, >0,01 | |||||
| 1-0,25 | 0,25-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | 0,005-0,001 | < 0,001 | |||||
| Мерзлотная дерново-глеевая почва | ||||||||||
| А 10-25 | 0,84 | 2,8 | 1,2 | 53,1 | 31,6 | 4,2 | 0,4 | 6,7 | 11,3 | 85,9 |
| G 25-60 | 0,34 | 1,0 | 1,6 | 70,5 | 15,1 | 8,4 | 2,6 | 0,8 | 11,8 | 87,2 |
| С 60-95 | 0,33 | 2,0 | - | 46,3 | 43,9 | 2,8 | 1,0 | 4,0 | 7,8 | 90,2 |
| Мерзлотная аллювиальная дерновая почва | ||||||||||
| А 15-25 | 0,29 | 0,5 | 3,3 | 87,1 | 4,2 | 0,2 | 0,3 | 4,4 | 4,9 | 94,6 |
| В 25-55 | 4,21 | 4,0 | - | 9,5 | 42,0 | 11,4 | 15,9 | 17,2 | 44,5 | 51,5 |
| С 55-65 | 1,80 | 2,4 | 0,4 | 17,7 | 43,9 | 15,2 | 13,2 | 7,2 | 35,6 | 62,0 |
Реакция среды кислая, постепенно меняется вниз по профилю от сильно кислой до средне кислой. Вскипание не наблюдается. Содержание гумуса высокое только в верхнем горизонте, в нижних горизонтах его содержание резко уменьшается вниз по профилю. Гумус слабо насыщен азотом, о чем свидетельствует широкое отношение C/N, в минеральной очень бедной гумусом части отношение C/N резко сужается (табл. 2).
Таблица 2
Агрохимические и физико-химические свойства мерзлотных почв
| Горизонт и глубина, см | рН водн. | Гумус, % | Nобщ, % | C:N | Подвижные, мг/100 г. | Обменные основания, мг-экв/100 г | |||
| Р2О5 | К2О | Ca2+ | Mg2+ | ||||||
| Мерзлотная дерново-глеевая | |||||||||
| Ад 0-10 | 4,36 | 6,08 | 0,280 | 12,60 | 0,10 | 2,53 | - | - | |
| А 10-25 | 4,73 | 2,78 | 0,137 | 11,77 | 0,08 | 2,61 | 3,51 | 1,97 | |
| G 20(40)-55 | 5,76 | 0,20 | 0,030 | 3,87 | 0,07 | 2,90 | 1,98 | 0,90 | |
| С 60-95 | 6,08 | 0,13 | 0,027 | 2,79 | 0,07 | 2,86 | 2,63 | 0,72 | |
| Мерзлотная торфяно-глеевая | |||||||||
| Т1 0-5 | 5,54 | 7,98 | 0,615 | 7,5 | 0,21 | 1,87 | 4,13 | 3,26 | |
| Т2 5-10 | 5,86 | 1,78 | 0,181 | 5,70 | 0,14 | 1,65 | 4,28 | 1,55 | |
| Т3 10-20 | 5,25 | 14,90* | 0,599 | 14,43 | 0,09 | 1,93 | 8,78 | 2,71 | |
| G 20-25 | 4,87 | 1,92 | 0,121 | 9,20 | 0,07 | 2,08 | 3,51 | 1,96 | |
| Мерзлотная аллювиальная дерновая | |||||||||
| Ад 0-5 | 5,0 | 32,91* | 2,022 | 9,4 | - | - | 2,74 | 4,28 | |
| А 5-15 | 4,6 | 22,30* | 1,311 | 9,8 | - | - | 2,10 | 1,81 | |
| АВ 15-25 | 4,7 | 0,51 | 0,041 | 7,2 | - | - | 1,21 | 0,72 | |
| В 30-40 | 4,8 | 23,88* | 1,184 | 11,7 | - | - | 5,49 | 1,81 | |
| С 56-63 | 5,1 | 10,44* | 0,443 | 13,7 | - | - | 3,84 | 1,09 | |
* - углерод по Анстету
Мерзлотные торфяно-глеевые почвы на исследуемой территории приурочены к небольшим понижениям надпойменных террас и вокруг зарастающих озер под травяно-кустарничковыми марями, заросшими осокой и пушицей, гипновыми и сфагновыми мхами. Все изученные почвы данного типа подвергались воздействию торфяного пожара той или иной степени и срока давности.
Реакция среды с глубиной становится более кислой, что объясняется каменистым подстиланием почв. Почвы содержат значительное количество гумуса до 7,98 % и небольшое содержание общего азота 0,615 %, горизонт Т2 образован в результате торфяного пожара содержание гумуса в котором снизилось до 1,78 %, общего азота до 0,181 %. Обогащенность гумуса азотом по отношению С/N высокая и постепенно снижается с глубиной (табл. 2).
Мерзлотные торфяные низинные почвы формируются на разных элементах рельефа в условиях холодного почвенного климата и избыточного увлажнения, застоя атмосферной влаги, поверхностного и надмерзлотного стока. В морфологическом отношении мерзлотные торфяные низинные почвы имеют простое строение профиля, который состоит из органогенных горизонтов, уходящих в мерзлоту. Эти почвы обычно оттаивают не более чем на 50 см.
Реакция среды верхних горизонтов у этих почв резко кислая (рН=4,9), которая с глубиной снижается на сильнокислую (рН=5,3) (рис. 2). Для них характерно высокое содержание слабо разложенной органики (потеря при прокаливании от 60,85 до 92,89 %), большое содержание валового азота (до 2,634 %). Поглощающий комплекс не насыщен основаниями.
 | азот общий, %; реакция среды, рН; углерод по Анстету, % |  |
Рис. 2. Агрохимические свойства мерзлотной торфяной низинной почвы
Мерзлотные аллювиальные дерновые почвы обладают слоистым и/или скрыто слоистым строением, иногда присутствует остаточный гумус прошлого пойменного почвообразования в нижней части профиля и в подстилающей мерзлоте. Режим затопления неустойчив по годам. Эти почвы покрываются маломощным слоем прогумусированного наилка. Поэтому гумусовый горизонт аллювиальных почв содержит значительное количество привнесенной органики.
В данных почвах характеризуются легким гранулометрическим составом при преобладании фракции мелкого песка (табл. 1). Не вскипают от 10 % HCl. Имеют слабокислую реакцию по всему профилю. Содержание гумуса в верхних горизонтах зависит от большого содержания органических остатков и привнесенного органического вещества, в минеральной части также имеется горизонт с высоким содержанием гумуса, который можно охарактеризовать как погребенный. Обогащенность гумуса азотом по отношению С/N средняя и снижается с глубиной, в нижней части органогенного горизонта содержание его близко к средней (табл. 2).
В результате интерпретации и обобщения полученных данных нами составлены картосхемы почвенного покрова исследованной территории и определены площади, занимаемые доминирующими типами и/или комплексами мерзлотных почв (рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма площади доминирующих типов мерзлотных почв
в пределах исследованных впадин Оймяконского нагорья
В пределах Куйдусунской впадины преобладающими являются комплекс мерзлотных торфяных низинных и верховых почв (примерно 23 %) и мерзлотных дерново-глеевых почв, (около 20 %). Мерзлотные торфяно- и перегнойно-глеевые почвы представлены в виде комплексов, так как их ареал представляют собой узкие полосы в депрессиях рельефа, ложбинах стока и вокруг озер. В отличие от Куйдусунской впадины, в пределах территорий, прилегающих к с. Оймякон преобладают мерзлотные дерново-глеевые почвы – 15 % и комплекс разновидностей аллювиальных почв – 12 %, что связано с особенностями формирования данной территории, в частности, с орографией местности. В Агаяканской впадине преобладающие типы почв представлены комплексами мерзлотных торфяно- и перегнойно-глеевых (16 %) и торфяных почв (15 %).
В целом в пределах исследованных впадин широко распространенными являются комплексы мерзлотных торфяных (около 19% общей исследованной территории), дерново-глеевых – 18 % и торфяно- и перегнойно-глеевых почв – 15%. Основными особенностями изученных почв являются относительно маломощный почвенный профиль, неблагоприятный в агротехническом отношении гранулометрический состав и слабое разложение органического вещества органогенных горизонтов. Макроагрегатный состав исследованных почв, характеризуется слабой структурностью и водопрочностью макроагрегатов минеральных горизонтов (табл. 3).
Таблица 3
Структурность и водопрочность макроагрегатов, (%)
| Почва | Вид просеи-вания | Диаметр фракций, мм | ||||||||
| >10 | 7-10 | 5-7 | 3-5 | 2-3 | 1-2 | 0,5-1 | 0,25-0,5 | < 0,25 | ||
| Мерзлотная дерново-глеевая | Сухое | 1,3 | 2,3 | 2,5 | 3,9 | 0,4 | 26 | 31,5 | 21,3 | 10,9 |
| Мокрое | 2,5 | 1,1 | 1,7 | 1,7 | 6,8 | 11,6 | 74,6 | |||
| Мерзлотная торфяно-глеевая | Сухое | 26,2 | 5,5 | 3,2 | 6,5 | 1,2 | 13,2 | 16,8 | 14,8 | 12,6 |
| Мокрое | 19,4 | 3 | 2,5 | 7,4 | 4,9 | 5 | 57,8 | |||
| Мерзлотная дерновая аллювиальная | Сухое | 18 | 7,7 | 7 | 12,5 | 1,6 | 9,2 | 6,8 | 17,7 | 19,5 |
| Мокрое | 24 | 7,9 | 3,9 | 4,4 | 4 | 6,7 | 49,1 | |||
5. Антропогенное воздействие на почвенно-растительный покров пастбищ и сенокосов
Пирогенное воздействие на почвы. Следует заметить, что на всей территории криолитозоны невозможно найти участок, когда-нибудь не подвергавшийся пирогенному воздействию. Если до появления человека пожары возникали стихийно, то в настоящее время они имеют в основном антропогенное происхождение. Пожары на сельскохозяйственных угодьях возникают в результате нарушения сроков проведения сельхозпала или неосторожного обращения с огнем. В Оймяконском районе торфяные пожары носят цикличный характер, затухая во влажные годы и резко увеличиваясь в засушливые годы.
Анализ морфологического описания профилей пирогенных почв указывает, что величина деформации генетических горизонтов зависит от силы пожара. Так, при слабом пирогенном воздействии на мерзлотную торфяно-глеевую почву (судя по морфологическому строению разреза 12-06) горизонты 1 и 2 почти сохранили исходное состояние и сильному изменению подвержен только горизонт 3. Наиболее контрастные изменения произошли в облике Р-14-06. Здесь полностью уничтожен органогенный горизонт, мощность гумусового горизонта за счет сгорания торфяного горизонта несколько увеличена. Разрез 13-06 занимает промежуточное положение между приведенными почвами.
Ухудшение аэрации мерзлотных почв в условиях жесткого водно-температурного режима после сильного пожара и преобладание фракции крупной пыли является следствием дезинтеграции крупных частиц при тепловом воздействии (рис. 4).
Рис. 4. Гранулометрический состав пирогенно-преобразованных почв
Данные химических свойств исследованных почв (табл. 4) согласуются с характером изменения морфологического облика их почвенных профилей. Особенно заметные сдвиги в химических показателях произошли в почве, подверженной сильному воздействию пожара. При сгорании торфяного горизонта содержание гумуса резко снижается, несколько увеличивается сумма обменных оснований (при постоянно повышенной величине кальция над магнием). В отличие от литературных данных реакция почвенной среды не претерпевает существенных изменений. Имеется определенная тенденция увеличения содержания фосфора и калия в почвах, подверженных пирогенному воздействию, что является положительным моментом в обеспечении растений питательными элементами. Что касается некоторой тенденции увеличения натрия после пожара, то это, безусловно – отрицательное явление, так как этот химический элемент способствует диспергации макроагрегатов, возникновению засоления почв. Диспергация макроагрегатов приводит к снижению водопроницаемости и увеличению плотности почв.
Таблица 4
Химические свойства мерзлотных пирогенно-преобразованных почв
| Гори-зонт, см. | рН вод. | рН КСl | Гу-мус, % | Nобщ. % | Са2+ | Мg2+ | Na+ | Al3+ | H+ | P2O5 | K2O | Гидр. кислот. |
| мг-экв/100 г почвы | мг/100 г почвы | |||||||||||
| Р-12-06 Мерзлотная торфяно-глеевая (слабо пирогенно-преобразованная) | ||||||||||||
| 1 (0-4) | 5,9 | 5,0 | 15,6* | 1,21 | 29,07 | 17,44 | 0,15 | 0,02 | 0,02 | 3,37 | 18,98 | 1,56 |
| 2 (4-10) | 5,3 | 4,5 | 19,96* | 1,29 | 16,34 | 6,54 | 0,15 | 0,21 | 0,03 | 3,25 | 7,83 | 1,70 |
| 3 (10-29) | 4,1 | 3,8 | 7,64* | 0,30 | 11,26 | 4,50 | 0,24 | 4,60 | 0,40 | 8,75 | 3,92 | 2,62 |
| 4 (29-45) | 4,3 | 3,9 | 29,7* | 1,89 | 30,07 | 7,52 | 0,20 | 0,54 | 0,06 | 1,87 | 4,82 | 3,70 |
| Р-13-06 Мерзлотная торфяно-глеевая (средне пирогенно-преобразованная) | ||||||||||||
| 1 (0-4) | 5,2 | 4,7 | 15,30* | 1,02 | 16,48 | 10,99 | 0,18 | 0,31 | 0,11 | 12,75 | 10,42 | 2,74 |
| 2 (4-16) | 4,8 | 4,3 | 9,24* | 0,60 | 28,00 | 8,00 | 0,30 | 2,96 | 2,68 | 14,75 | 3,01 | 3,33 |
| 3 (16-45) | 4,2 | 3,9 | 40,3* | 2,30 | 45,45 | 6,99 | 0,30 | 0,21 | 0,13 | 1,62 | 21,99 | 3,96 |
| Р-14-06 Мерзлотная торфяно-глеевая (сильно пирогенно-преобразованная) | ||||||||||||
| 1 (0-10) | 5,3 | 4,1 | 7,88* | 0,50 | 56,31 | 18,02 | 0,60 | 0,24 | 0,05 | 43,00 | 9,94 | Не опр. |
| 2 (10-22) | 4,9 | 4,1 | 2,86* | 0,24 | 84,48 | 10,34 | 0,35 | 0,24 | 0,06 | 106,25 | 8,74 | Не опр. |
| 3 (22-42) | 4,9 | 4,0 | 20,8* | 0,88 | 42,50 | 7,5 | 0,28 | 0,12 | 0,05 | 15,50 | 5,12 | Не опр. |
* - углерод по Анстету.
Таким образом, при пирогенном воздействии на почвенный покров долинных ландшафтов определяющее значение имеет сила воздействия огня. Цикличность пожаров приводит к трансформации профилей торфяно-глеевых почв с формированием новых горизонтов и подгоризонтов с чередованием высокого содержания органики и зольных элементов. По площади и степени деградации пирогенно-преобразованные почвы преобладают над зоогенно-преобразованными.
Влияние сельскохозяйственных животных на почвенный покров и питательную ценность лугопастбищных растений. К почвам интенсивного воздействия домашнего скота относятся почвы окраин селитебных зон сельских наслегов. Спецификой использования близлежащих пастбищ является их нерегулируемость и круглогодичность.
Превышений допустимых значений объемной массы почв в результате зоогенного пресса не выявлено. Однако прослеживается дифференциация изменений объемной массы в зависимости от типа почв. Так более высокое значение объемной массы наблюдается в верхних горизонтах дерново-луговых (на 17 % по сравнению с контролем) и дерново-глеевых почв (на 26 %), т.е. места, где произрастают травы с более питательными веществами злаково-разнотравных и осоково-злаково-разнотравных ассоциаций (рис. 5).
Рис. 5. Объемная масса мерзлотных почв района исследований, г/см3
Водопроницаемость мерзлотных дерново- и торфяно-глеевых почв в целом характеризуется как удовлетворительная, а на деградированных пастбищах относится к категории «неудовлетворительная». С глубиной водопроницаемость увеличивается, что объясняется легким гранулометрическим составом и подстиланием почвы галечником. Эта закономерность отсутствует в мерзлотных торфяно-глеевых почвах, где водопроницаемость с глубиной не увеличивается.
Реакция среды не претерпевает изменений в зависимости от степени нагрузки. Наблюдается снижение в содержании гумуса, общего азота и суммы обменных оснований, что отчетливо проявляется при сравнении почв площадок 2 и 3, т.е. деградационные процессы усиливаются в прогрессии (табл. 5).
На площадке 1 существенных колебаний под влиянием выпаса в агрохимических свойствах не наблюдается, что соответствует слабому уровню использования.
Меньшее влияние выпаса на химические свойства почв региона по сравнению с почвами пастбищ центральных районов республики обусловлено следующими особенностями:
- общей низкой продуктивностью пастбищ. Малая биологическая продуктивность приводит к более быстрому истощению угодий;
- более коротким летним пастбищным сезоном;
- малой численностью поголовья сельскохозяйственных животных.
Таблица 5
Агрохимические свойства почв
| Глубина | рН вод. | рН сол. | Гумус, % | Nобщ, % | Са2+ | Мg2+ | Na+ | Р2О5 | К2О |
| мг-экв/100 г | мг/100 г | ||||||||
| 1 площадка – мерзлотная дерново-глеевая почва (слабое воздействие) | |||||||||
| Ад 0-4 | 5,7 | 5,1 | 26,0* | 1,65 | - | - | - | 2,87 | 33,14 |
| А1 4-8 | 5,7 | 5,0 | 18,2* | 1,30 | 31,25 | 18,75 | 0,60 | 44,5 | 9,64 |
| В 8-20 | 5,5 | 4,8 | 22,84* | 1,02 | 27,11 | 6,02 | 0,58 | 8,62 | 5,72 |
| 2 площадка – мерзлотная дерново-глеевая почва (среднее воздействие) | |||||||||
| Ад 0-4 | 5,7 | 4,9 | 32,6* | 1,90 | - | - | - | 5,87 | 25,30 |
| А1 4-10 | 5,5 | 4,6 | 23,15* | 1,30 | 14,0 | 6,0 | 0,40 | 18,25 | 7,83 |
| B 10-21 | 5,1 | 4,5 | 7,50 | 0,31 | 8,0 | 4,0 | 0,20 | 6,12 | 1,39 |
| G 21-30 | 5,2 | 4,8 | 5,93 | 0,25 | 9,0 | 3,0 | 0,24 | 10,75 | 1,39 |
| 3 площадка – мерзлотная дерново-глеевая почва (сильное воздействие) | |||||||||
| Ад 0-6 | 5,4 | 4,6 | 20,5* | 1,43 | 30,12 | 6,02 | 0,10 | 12,0 | 21,09 |
| А1 6-13 | 5,3 | 4,7 | 5,40 | 0,22 | 5,00 | 2,5 | 0,15 | 17,0 | 1,39 |
| В 13-29 | 5,3 | 4,9 | 3,97 | 0,19 | 4,00 | 2,0 | 0,10 | 35,0 | 1,21 |
| G 29-41 | 5,4 | 4,8 | 1,10 | 0,07 | 4,50 | 3,0 | 0,10 | 42,5 | 1,81 |
*- углерод по Анстету
Травостои близлежащих пастбищ с сильным зооантропогенным прессом представлены злаково-разнотравными, осоково-злаковыми и разнотравно-осоковыми ассоциациями. Общий облик травостоев сильно угнетен, средняя высота трав составляет 5-8 см, ярусность отсутствует, проективное покрытие 65-70 %, биологическая продуктивность составляет от 11,4 до 17,5 ц/га. Ботанический состав травостоев отличается крайней бедностью и преобладанием мало- и непоедаемых животными рудеральных видов (Тысячелистник обыкновенный, Лапчатка гусиная, Подорожник большой, Критезион гривастый, Осока твердоватая, Полынь пижмолистный, Полевица Триниуса, Остролодочник Шелудяковой), что указывает на нарушение экологического равновесия при доминирующем преобладании 1-2 видов.
Отдаленные пастбищные угодья с ограниченным прессом представлены разнотравно-злаковыми и злаковыми ассоциациями. Средняя высота травостоев 45-55 см, различаются 3 яруса, проективное покрытие 100%, урожайность от 55,5 до 96,5 ц/га. Ботанический состав более богат и, в основном, представлен более ценными кормовыми видами (Кострец сибирский, Мятлик луговой, Лисохвост альпийский, Бекмания восточная, Кострец Пумпелля, Арктофила рыжеватая, Пушица многоколосковая, Пушица влагалищная). В ассоциациях также преобладают 2-3 вида, придающие некоторую мозаичность внешнему облику травостоев, что является особенностью северных луговых ценозов. Доминирующее преобладание в данном случае связано не с устойчивостью к стравливанию, а экологическими факторами произрастания.
Питательная ценность лугопастбищных растений окрестностей сел соответствует зоотехническим нормам, кроме валовой энергии и переваримого протеина (табл. 6).
Таблица 6.
Питательная ценность лугопастбищных растений
| Ассоциация | Содержание, % | *ВЭ, МДж | *ОЭ, МДж | КЕ | ПП, г | |||
| сП | сЖ | сКл | сБЭВ | |||||
| 1 Площадка | 14,53 ±0,14 | 3,03 ±0,03 | 28,43 ±0,09 | 44,8 ±0,21 | 12,77 ±0,01 | 9,31 ±0,01 | 0,7 ±0,01 | 98,67 ±1,45 |
| 2 Площадка | 12,66 ±0,7 | 2,5 ±0,15 | 30,73 ±0,87 | 46,13 ±0,23 | 12,36 ±0,19 | 9,03 ±0,14 | 0,65 ±0,02 | 82,33 ±6,17 |
| 3 Площадка | 11,57 ±0,2 | 2,8 ±0,06 | 31,7 ±0,06 | 45,2 ±0,4 | 12,09 ±0,03 | 8,82 ±0,02 | 0,62 ±0,01 | 72,67 ±1,86 |
| 1 Контроль | 15,63 ±0,98 | 2,73 ±0,18 | 28,57 ±1,25 | 43,1 ±0,25 | 12,68 ±0,26 | 9,25 ±0,19 | 0,68 ±0,03 | 108,3 ±8,84 |
| 2 Контроль | 9,73 ±0,56 | 2,00 ±0,06 | 34,03 ±0,27 | 48,07 ±0,58 | 11,79 ±0,05 | 8,61 ±0,04 | 0,59 ±0,01 | 56 ±5,29 |
| НСР05 | 1,78 | 0,35 | 2,19 | 1,00 | 0,47 | 0,35 | 0,05 | 16,18 |
| *Оптимальное соотношение | 15-18 | 2-3 | 30-35 | 40-50 | 18 | 9-10 | 0,6-0,7 | 100-120 |
сП – сырой протеин; сЖ – сырой жир; сКл – сырая клетчатка; сБЭВ – сырые безазотистые экстрактивные вещества; ВЭ – валовая энергия, ОЭ – обменная энергия; КЕ – кормовая единица; ПП – перевариваемый протеин; НСР05 – наименьшая существенная разница.
* - рассчитаны для крупного рогатого скота (Петрухин, 1989).
Это можно объяснить: а) оптимальным содержанием клетчатки вследствие постоянного выноса в результате стравливания; б) возобновлением травостоя вследствие отавности; в) в результате стравливания остаются только узлы роста растений, где сосредоточены запасы питательных веществ. Недостаток энергии и протеина объясняется низким содержанием белка в результате выпадения из травостоя ценных кормовых видов, обедненности почвенного покрова азотом. Относительно высокие показатели питательной ценности подрываются очень низкой урожайностью близлежащих пастбищ и преобладанием не поедаемых видов трав.
Травостои контрольных сенокосно-пастбищных угодий в фазе созревания семян злаков (выбор срока определен тем, что в начале августа отмечается снижение массового лета гнуса, способствующее нажировке табунных лошадей и заготавливается большая часть сена на зиму для крупного рогатого скота (Андреев, Беляева, Галактионова, 1974)) имеют невысокую питательную и энергетическую ценность. Это можно объяснить: а) фазой вегетации; б) более высоким содержанием клетчатки из-за отсутствия постоянного выноса в результате стравливания, а также наличием «старики» вследствие медленного органического разложения; в) отсутствием эффекта отавности; г) обратным эффектом отсутствия выпаса – мохообразованием и «засоренностью» малоценными по питательной ценности разновидностями осок.
В результате определения содержания макроэлементов в лугопастбищных растениях региона выявлено:
высокое содержание: кальция, магния, железа. Особо избыточная концентрация наблюдается по железу, что объясняется преобладанием восстановительного (болотного) почвообразовательного процесса, составом почвообразующих пород;
нормальное содержание: фосфора и натрия. При этом в травостоях пастбищ окраин населенных пунктов наблюдается дисбаланс соотношения Р/Са, избыточное содержание кальция нарушает нормальное содержание фосфора, на контроле их соотношение соответствует норме;
низкое содержание: калия, что приводит к дисбалансу между содержанием натрия и калия в растениях пастбищ интенсивного использования.
Содержание микроэлементов в исследованных нами растениях различных участков характеризуется следующими показателями:
высокое: кобальта, йода и молибдена;
нормальное: марганца и меди;
недостаточное: цинка.
Таким образом, почвы пастбищ исследованной территории, судя по всему, обладают более низким деградационным порогом, т.к. при сравнении объемной массы и водопроницаемости с общепринятыми нормами не выявлено превышение показателей. Данные агрохимических исследований также не выявили резких различий в почвах различной степени использования. При этом ботанический состав, урожайность и питательная ценность травостоев ясно указывают на наличие пастбищной дигрессии.
6. Рациональное использование почвенных ресурсов пастбищ и сенокосов, их охрана и восстановление
На основе проведенных исследований и анализа литературных данных разработаны рекомендации учитывающие специфику формирования почвенно-растительного покрова Оймяконского нагорья. В сельскохозяйственных наслегах для рационального использования почвенно-растительных ресурсов, укрепления кормовой базы, стабильного ведения и дальнейшего развития продуктивного животноводства и роста сельскохозяйственного производства необходимо:
- ввести в имеющуюся технологию содержания крупного рогатого скота элементы традиционного (отгонного) выпаса с учетом экологической емкости и уровня использования пастбищ. При этом рекомендуется выпас дойных коров и телят вблизи населенных пунктов, а ремонтный и убойный молодняк выпасать в отдаленных пастбищных угодьях, что позволит снизить пастбищную нагрузку с первых и вовлечь в освоение вторые;
- провести оптимизацию структуры поголовья КРС путем: 1) замены мясомолочных пород крупного рогатого скота на молочные породы, что позволит сократить общее поголовье крупного рогатого скота с сохранением объемов производства молока при одновременном снижении пастбищной нагрузки; 2) разведения в мясном животноводстве адаптивной породы якутского скота, что позволит снизить себестоимость мяса за счет увеличения периода пастбищного содержания животных;
- применение загонной пастьбы путем строительства системы огороженных пастбищных угодий, с последующим чередованием на них выпаса;
- разделение пастбищ для лошадей и крупного рогатого скота, так как совместный выпас этих видов животных снижает продуктивность каждого из них;
- регулирование сроков использования сенокосно-пастбищных угодий. Количество и качество урожая сенокосных угодий во многом зависит от сроков сенокошения, в условиях Северо-востока Якутии при своевременном сенокошении (в начале июля) можно получить более питательное сено, при отавности до 40 % от массы основного травостоя. При этом отава естественных трав уходит под снег в зеленом состоянии и является ценным кормом в зимний период для тебеневки лошадей;
- своевременное проведение сельскохозяйственных палов;
- смена пастбищ по сезонам. Для пастбищ Севера характерно резко выраженная сезонность, что диктует строгое соблюдение сроков выпаса и своевременный перевод животных на другие пастбища.
Выводы
- Доминирующие типы мерзлотных почв долинных ландшафтов представлены комплексами мерзлотных торфяных – 19 %, мерзлотных дерново-глеевых – 18 %, мерзлотных перегнойно- и торфяно-глеевых – 15 % и разновидностями мерзлотных аллювиальных почв, которые занимают примерно 11 % общей площади изученных впадин. Материнскими породами данных почв служат супесчаные и галечные аллювиальные отложения. Почвы характеризуются легким гранулометрическим составом, кислой реакцией среды (рН = 5,0-5,5). Мощность органогенных горизонтов, за исключением мерзлотных торфяных почв, не превышает 15-20 см, содержание гумуса в них колеблется от 2 до 7 %, содержание поглощенных оснований Ca++ и Mg++ низкое, в среднем 5,5 и 3,5 мг-экв/100 г, соответственно, наблюдается их некоторое биогенное накопление в верхних горизонтах. Распределение органического вещества носит аккумулятивный характер, с резким максимумом в органогенных толщах и уменьшением количества гумуса в минеральных горизонтах. Характерно высокое содержание оксалатно-растворимых окислов – алюминия в среднем – 14,38 %, и особенно железа – 3,36 % в горизонте В. В целом для этих почв присуще элювиально-иллювиальное распределение основных окислов кремния, железа, алюминия.
- В районе исследований степень и площадь пирогенно деградированных почв преобладает над почвами под зоогенным прессом. Значение пирогенного воздействия наиболее существенно для мерзлотных торфяных и торфяно-глеевых почв. Пирогенная деградация органогенного слоя характеризуется резким снижением содержания гумуса, общего азота. При этом содержание обменных оснований возрастает в 2-3 раза, подвижного фосфора – до 10 раз, наблюдается тенденция к повышению гидролитической кислотности. Выгорание органогенного горизонта сопровождается повышением содержания натрия в ППК от 0,15 до 0,6 мг-экв/100 г. Сгорание больших объемов торфяника приводит к деформации поверхности, образованию временных водоемов, таянию льдосодержащих грунтов, вторичному заболачиванию.
- Почвы пастбищ, испытывающих интенсивное зоогенное воздействие, занимают окраины населенных пунктов в радиусе 3-5 км в зависимости от типа пастбищ, их доступности и урожайности. Наиболее уплотненными являются верхние горизонты мерзлотных аллювиальных дерновых, мерзлотных дерново-глеевых почв, на которых произрастают кормовые травы с более ценными питательными веществами. Под влиянием выпаса наблюдается снижение содержания гумуса в Ад до 1,5 раз, в А1 – до 4 раз, общего азота соответственно до 1,3 и 6 раз, и суммы обменных оснований. Обнаружена тенденция к слабому хлоридному, хлоридно-сульфатному засолению при превышении пастбищной нагрузки;
- Рациональное использование растительно-почвенных ресурсов пастбищ в исследованном регионе включает следующие мероприятия: оптимизация пастбищной нагрузки путем равномерной эксплуатации растительности пастбищ и сенокосов, и структуры поголовья, разделение пастбищ для лошадей и крупного рогатого скота, соблюдение сроков развития растительности путем выделения пастбищных сезонов.
Список опубликованных работ по теме диссертации
- Саввинов, Д.Д. Климатические и геокриологические условия формирования почв Северо-востока Якутии / Д.Д. Саввинов, А.А. Винокуров // Наука и образование. Якутск, 2007. № 2, С. 73-76.
- Саввинов, Д.Д. Антропогенное влияние на агрофизические свойства почв в районе Полюса холода / Д.Д. Саввинов, А.А. Винокуров // Проблемы региональной экологии. 2009. № 3 С. 32-36.
- Саввинов, Д.Д. Об изменении климата в районе Полюса холода в последнее десятилетие / Д.Д. Саввинов, А.А. Винокуров, Н.Т. Винокуров // Наука и образование. 2010 г. № 4 (60) С. 51-54.
- Винокуров, А.А. Влияние сельскохозяйственных животных на почвы и лугопастбищные растения Северо-востока Якутии / А.А. Винокуров, Д.Д. Саввинов, В.И. Сивцева // Достижения науки и техники АПК. – 2011. №6 – С. 48-51.
- Саввинов, Д.Д. Влияние пожара на почвенный покров долинных ландшафтов Северо-востока Якутии / Д.Д. Саввинов, А.А. Винокуров // Экологическая безопасность Якутии: материалы науч.-практ. конф., посвящ. 15-летию ФГНУ ИПЭС (Якутск, 7-8 февраля 2008 г). – Якутск: изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. – 472 с.
- Винокуров, А.А. Почвы тебеневочных пастбищ Северо-востока Якутии и их деградация (на примере Оймяконского района РС (Я)) / А.А. Винокуров, П.П. Данилов // Материалы Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России» / Под ред. Б.Ф. Апарина. СПб.: Изд. дом СПб. гос. ун-та, 2009. 264 с.
- Винокуров, А.А. О трансформации почв пастбищ Оймяконского нагорья Якутии / А.А. Винокуров, П.П. Данилов / Почвы Сибири – прошлое, настоящее, будущее // Регион. научн. конф. I Ковалевские молодежные чтения. – Новосибирск, 2010 С. 84-85.
- Миронов, С.М. Минеральный состав мяса внутрипородных типов якутской лошади в зависимости от тебеневочных кормов / С.М. Миронов, А.А. Винокуров, А.Н. Ильин, Р.В. Иванов, В.Г. Осипов // Научно-технический прогресс в коневодстве / Сб. науч. тр. № 52. – Рязань, 2010 – С. 301-307.
