Введение - Портал электронных ресурсов Южного федерального
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» На правах рукописи КОЗУНЬ ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГА РОССИИ 03.02.08 – экология (биологические науки) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель: д.г.н., профессор Казеев К.Ш. Ростов-на-Дону – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 4 1. ЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТА В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ ................................ 9 1.1. КЛИМАТ КАК ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ .......................................................... 9 1.2. ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ ............................................... 13 1.3. ЗНАЧЕНИЕ ОСАДКОВ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ ....................................................... 17 1.4.ВЛИЯНИЕ ТЕНЕВОГО ЭФФЕКТА ГОР НА ПОЧВЫ ..................................................... 19 2. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА ПОЧВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ....... 23 2.1. ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ОТ КЛИМАТА .................. 23 2.2. ЗАВИСИМОТЬ СОДЕРЖАНИЯ ГУМУСА ОТ КЛИМАТА.............................................. 24 2.3. ЗАВИСИМОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ ОТ КЛИМАТА ................................................................................................................ 26 3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТА НА ЮГЕ РОССИИ ........... 33 4. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .......................................... 39 5. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ..................................................................... 43 5.1. ШИРОТНАЯ ТРАНСЕКТА ........................................................................................ 44 5.1.1. Черноземы обыкновенные ....................................................................... 47 5.1.2. Каштановые почвы .................................................................................. 48 5.1.3. Бурые полупустынные почвы .................................................................. 50 5.2. МЕРИДИОНАЛЬНАЯ ТРАНСЕКТА ............................................................................ 53 5.2.1. Серопески .................................................................................................. 54 5.2.2. Черноземы южные ................................................................................... 57 5.2.3.Черноземы выщелоченные........................................................................ 59 5.2.4. Черноземы слитые ................................................................................... 61 5.2.5. Серые лесные почвы ................................................................................. 63 5.2.6. Бурые лесные почвы ................................................................................. 66 5.2.7. Рендзины типичные ................................................................................. 68 5.2.8. Горно-луговые почвы ................................................................................ 70 6. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГА РОССИИ ........................................................................................................ 73 3 6.1. ЗАВИСИМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ОТ СТЕПЕНИ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА ................................................................................ 73 6.2. ВЛИЯНИЕ ТЕНЕВОГО ЭФФЕКТА ГОР КАВКАЗА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ............................................................................................................................ 89 6.3. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА АЗОНАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ ЮГА РОССИИ.............................. 100 6.4. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТА НА ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГА РОССИИ .................................................................................. 102 6.4.1. Влияние климата на содержание гумуса ............................................ 107 6.4.2. Зависимость активности каталазы от климата ............................. 113 6.4.3. Влияние климата на активность инвертазы ..................................... 119 6.4.4. Изменение активности дегидрогеназы в зависимости от климата 121 6.4.5. Изменение интегрального биологического показателя в зависимости от климата ....................................................................................................... 123 6.4.6. Прогнозы изменения почвенного покрова юга России в условиях меняющегося климата ..................................................................................... 126 ВЫВОДЫ ................................................................................................................ 128 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 130 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования Несмотря на то, что влияние климата на растительность, почвообразование и почвы исследуется со времен работ А. Гумбольдта и В.В. Докучаева, многие вопросы до сих пор не выяснены. Большой интерес вызывает реакция биоты, биологической активности и плодородия почв на климатические изменения на нашей планете. На кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета разработана и апробирована методология использования биологических свойств почв в диагностике их экологического состояния (Казеев и др., 2003, патент №2501009). Ранее была установлена географическая неоднородность биологических свойств почв юга России и закономерности их пространственного распределения (Казеев и др., 2004, 2006), их устойчивость к различным антропогенным факторам: переувлажнению, засолению, сельскохозяйственному использованию, загрязнению и т.д. (Казеев, 1996; Колесников и др., 2000, 2006, 2013; Казеев и др., 2003, 2004, 2006, 2012; Денисова и др., 2005; Репях, 2007). Почвы разных природных зон, разного таксономического положения имеют значительные отличия в разнообразии почвенной биоты, ее составе и биологической активности. Соответственно, при выявлении закономерностей связей биологических показателей почв с климатическими параметрами, будет возможно построение предположений об изменении самих почв, границ их ареалов и площади распространения при изменении климата. Притом, что такие предположения можно строить исходя из генезиса и свойств почв, дополнительные показатели, особенно такие чувствительные, как биологические, помогут делать прогнозы более точно. Известны работы, посвященные влиянию климатических условий и их изменений на почвы и почвенный покров (Волобуев, 1946, 1956; Димо, 1988; Куст и др., 2008; Кленов, 2010), в том числе посвященных влиянию климата на пространственное распределение фауны, микроорганизмов и биологическую активность почв (Гиляров, 1949, 1976; Мишустин, 1954, 1966; Чернов, 2005; Казеев, 2004; Стриганова, 2005, 2009; Берсенева и др., 2008; Комаров, 2009; Ку- 5 деяров и др., 2009; Sowerbyet al., 2005; Bastida et al., 2008). Наряду с уже известным использованием показателей ферментативной активности в диагностике плодородия почв и их экологического состояния, также была показана теоретическая возможность их использования при исследованиях, посвященных климатическим изменениям (Henry, 2013). Цель работы – выявить закономерности влияния климата на биологические свойства почв юга России. Задачи исследования: 1. Исследовать биологические особенности разных типов почв юга России, формирующихся в контрастных климатических условиях. 2. Выявить климатические параметры, лимитирующие биологическую ак- тивность почв на юге России. 3. Определить набор биологических показателей почв, наиболее тесно свя- занных с климатическими параметрами. 4. Выявить географические закономерности профильного распределения биологической активности (БА) и общей БА с учетом всего гумусового профиля почв юга России. 5. Определить закономерности влияния климата и отдельных его составля- ющих на разные биологические свойства и интегральный показатель биологического состояния (ИПБС). Основные положения выносимые на защиту: 1. Для 12 типов и подтипов зональных почв юга России выявлены закономерности зависимости биологических показателей от климата. Максимальная зависимость биологических показателей выявлена в экстремальных климатических условиях. Наибольшая корреляция биологических показателей отмечена с годовым количеством осадков (прямая зависимость) и амплитудой температур (обратная зависимость). 2. Максимальные значения суммарной биологической активности с учетом всего профиля почв отмечены в теплых и увлажненных условиях климата, где на юге юга России формируются черноземы выщелоченные. При 6 изменении его как в сторону аридизации, так и гумидизации, наблюдается снижение биологической активности. 3. Биологические показатели обладают различной информатив- ностью. Содержание гумуса как аккумулятивный биоиндикатор наиболее тесно коррелирует с большинством климатических показателей. Ферментативная активность как более чувствительный показатель, отражающий отдельные биологические процессы, имеет более сложные непрямолинейные зависимости. Научная новизна. Впервые изучена зависимость влияния климата на биологическую активность почв юга Европейской территории России. Выявлена степень зависимости почвенных биологических параметров от отдельных климатических показателей, таких как среднегодовое количество осадков, среднегодовая температура, среднегодовая амплитуда температур, и от их совокупного действия с помощью климатических индексов. Выявлены почвенные биологические показатели, наиболее подходящие для прогноза изменения почв при возможных колебаниях климата. Практическая значимость. Полученные результаты, возможно, использовать при попытке прогноза изменения почвенных свойств, устойчивости и плодородии почв, почвенных ареалов в условиях меняющегося климата. Результаты исследования используются в учебном процессе при преподавании экологии, почвоведения, географии, природопользования и охраны окружающей среды, экологической экспертизы, экологического мониторинга и биоиндикации в Южном федеральном университете и могут быть использованы в учебном процессе других ВУЗов. Личный вклад автора. Тема, цель, задачи, объекты, методы и план исследования определены автором совместно с научным руководителем. Отбор почв для лабораторного анализа осуществлены в ходе проведения комплексных экспедиций. Лабораторные опыты и анализы проведены лично автором или под его руководством. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны лично 7 автором при направляющем и корректирующем участии научного руководителя. По результатам исследований автором или научным коллективом с участием автора опубликован ряд научных работ объемом 3,85 п.л. с долей участия автора – 85 %. Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 30 конференциях, в том числе: Eurosoil (Vienna, Austria, 2008), всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008; Петрозаводск, 2012), , Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2013), Международной научной конференции «Современное состояние черноземов» (Ростов-на-Дону, 2013), всероссийской научной конференции «14 Докучаевские молодежные чтения» (Санкт-Петербург, 2011), Международная конференции «Биодиагностика в экологической оценке почв и сопредельных сред» (Москва, 2013), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2010), Научнопрактическая конференция «Социально-экономические и экологическое развитие Северо-Кавказкого региона» (Белореченск, 2008, 2009), Международная научно-практическая конференция «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2008), Международная научно-практическая конференции «Экология биосистем: проблемы, изучения, индикации, прогнозирования» (Астрахань, 2007), Международная научно-практическая конференция «Биогеография почв» (Москва, 2009), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008, 2009, 2010, 2012, 2013, 2014), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2007), научной конференции сотрудников, студентов и аспирантов кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета «Актуальные вопросы экологии и природопользования» (Ростов-на-Дону-2012) и др. Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 61 публикациях, из них 11 работ в изданиях из перечня ВАК. 8 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 56 рисунков. Список использованной литературы включает 263 источников, в том числе 60 на иностранных языках. Конкурсная поддержка работы. Исследование выполнено при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственные контракты П169, П1298, П322, 16.740.11.0528, 14.740.11.1029, соглашения 14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269, 5.5160.2011), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса России» на 2007-2013 годы (государственный контракт 14.515.11.0055), Президента РФ (грант НШ-2449.2014.4; НШ-5316.2010.4), грантов Программы развития Южного федерального университета. Благодарности. Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе своему научному руководителю д.г.н., профессору К.Ш. Казееву; за ценные рекомендации д.с.-х.н., профессору С.И. Колесникову, за исследование микроартропод к.б.н. Л.С. Самохваловой. Также всем соавторам публикаций и сотрудникам кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета. 9 1. ЗНАЧЕНИЕ КЛИМАТА В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ 1.1. КЛИМАТ КАК ФАКТОР ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Климат является одним из факторов почвообразования. Факторы почвообразования – это условия природной среды, под действием или участием которых образуются почвы. К факторам почвообразования относят все условия, силы, закономерности и их различные сложные сочетания, которые влияли в прошлом, влияют в настоящем, и будут влиять в будущем на почвы и их развитие. Список всех почвообразующих составляющих может быть бесконечным. Именно поэтому необходимо было объединить все многочисленные почвообразовательные условия к единому основному перечню. В. В. Докучаев свел все многообразие внешних сил и условий к пяти основным показателям, таким как климат, горные породы, организмы, рельеф и время. В. В. Докучаев первым установил, что отношение между почвами и условиями их образования закономерны и жестко детерминированы. Различия между этими условиями в географическом пространстве и времени приводит к многочисленному разнообразию почв (Цыганенко, 1972). Все объекты в природе взаимосвязаны и взаимообусловлены. Климат, фитоценозы, зооценозы, почвы и другие составляющие зон и ландшафтов представляют неразрывное единство, и изменение одного из компонентов этого единства неизбежно приводит к изменению других составляющих от первоначального состояния (Вальков, 2008). В.В. Докучаев выделял пять основных факторов почвообразования: климат, породы, живые организмы, рельеф и время. Изменения одного фактора приводит к изменению почвы. Таким образом, установлено, что если факторы образования почвы одинаковы, то и почвы будут одинаковыми. Так же, зная все факторы почвообразования конкретной местности, можно определить какие почвы там расположены. Это правило используется для прогноза образования почв на беспочвенных субстратах. Благодаря факторам почвообразования мож- 10 но познать генезис почв и изменяя факторы, можно изменять почвы в необходимую сторону (Щеглов и др., 2008). В.В. Докучаев считал, что все факторы одинаково значимы для образования почвы, и невозможно заменить отсутствие одного фактора другим. Отсутствие какого-либо фактора делает не возможным образования почвы. Тем не менее, факторы почвообразование оказывают разную степень воздействия на почвообразовательный процесс. Например, в степной равнинной зоне рельеф оказывает второстепенное действие по сравнению с климатом и организмами, а в горах он является доминирующим среди всех факторов почвообразования. В.В. Докучаев допускал разную роль факторов в генезисе почв. Для разных почв доминирующее влияние оказывают разные факторы. Каждая отдельная почва образуется и развивается при доминирующем влиянии одного или двух ведущих факторов и при второстепенном действии других факторов (Зольников, 1970). Невозможно определить роль конкретного фактора в образовании всех почв на Земле, так как факторы постоянно взаимодействуют между собой. Но для какой-либо конкретной почвы, можно определить какой фактор является доминирующим на данной стадии ее образования. Так, для черноземов доминирующим фактором является биологический фактор, для подзолов – количество осадков, для рендзин – материнская порода, для солончаков – наличие солей. С.А. Захаров (1927) попытался создать факторную классификацию почв, опираясь на ведущую роль каждого фактора. Он выделил гидрогенные, климатогенные, литогенные, галогенные, орогенные и флювиогенные почвы. Так же С.А. Захаров условно разделил все факторы - почвообразователи на активные и пассивные. К первым он отнес климат и организмы, а ко вторым – рельеф, горные породы и возраст страны. Он считал, что пассивные факторы служат только источниками вещества и условиями, оказывающими воздействие на почвы, а активные кроме того могут являться еще источниками энергии, воздействующими на почвы. 11 Многие исследователи пытались дополнить ряд факторов, предложенный В.В. Докучаевым. Например, А.А. Роде (1972) выделил как факторы - почвообразования грунтовые воды и земное тяготение. По мнению В.Р. Вильямса (1939) хозяйственная деятельность человека должна обязательно учитываться и как главный фактор почвообразования. Климат – это закономерная последовательность метеорологических процессов, выражающихся в многолетнем режиме погоды в данной местности (Берг, 1938). Климат – это совокупность всех не случайных для него типов погоды. В свою очередь, погода – это общность всех метеорологических явлений, происходящих в данной местности в данный момент времени (Войков, 1884). Климат зависит от географического положения территории, которое определяет приток солнечной энергии и количество осадков. Основные составляющие климата – температура воздуха, количество осадков, наличие ветра и многолетней мерзлоты. Осадки и температура определяют водный и тепловой режимы почвы, ее влажность, скорость и характер превращения органических остатков, минерализацию гумуса, разрушение минеральной части почвы (Виленский, 1961). З.Г. Залибеков (2005) считает, что из комплекса факторов – почвообразователей наибольшее влияние на почвы оказывают климатические условия и растительность. Русские почвоведы В. В. Докучаев и Н.М. Сибирцев, а также американский почвовед Е. В. Гильгард еще в конце XIX века обратили внимание на тесную связь климата и почвы и предавали данному фактору наибольшее значение. Позже, многие исследователи поддержали мнение о ведущей роли климата в образовании почв. Без климата, а в большей степени без притока солнечной энергии, не возможно существование и жизнедеятельность организмов, без которых никогда бы не образовались почвы. Хоть климатом и определяется поступление в почвы воды, воздуха и тепла, но климат не может создать почв, так как образование их – процесс биологический. Это положение впервые было обосновано П.А. Костычевым, который 12 показал, что «возьмем ли мы температуру – мы найдем между черноземными местностями громадное разнообразие, возьмем ли количество дождя – и в этом находим различия весьма большие, сочетание обоих климатических элементов тоже разнообразно» Поэтому «Климат не мог оказывать существенного влияния на образование чернозема» (Костычев, 1949). Подобные же воззрения развивал профессор А.Н. Сабанин, который писал: «Мы не признаем за климатом значения почвообразователя, климат, по нашему мнению, есть лишь условие существования, неизбежное для всех земных образований и в том числе и для почвенных образований» (Сабанин, 1908). Климат оказывает прямое действие на такие почвообразовательные процессы. Без климата не происходили бы такие почвенные процессы как выветривание пород, химическая денудация, перемещение и сортировка увлекаемого ветром и водой материала, выпадение осадков, не происходила бы дифференциация и аккумуляция различных осадочных пород механическог и химического происхождения и т. д. Без климата невозможно существование человека. Своеобразие всех климатических условий обуславливает весь почвообразовательный процесс, приводящий к формированию уникальных типов почв. Из всего этого следует, что очень часто климат является определяющим фактором, но его роль остается не малоизученной (Савинов, 2007). Среди всех факторов почвообразования климат является единственным, который имеет не земное происхождение, а космическое. В первую очередь он зависит от поступления и распределения по поверхности Земли солнечной радиации. Из-за различий климата от экватора к полюсам, наша планета опоясана широтными климатическими зонами. Но вместе с этим очень важно учитывать климат почв, который определяется локальными, ограниченными условиями конкретной территории (Иенни, 1948). Климат воздействует на ход и скорость почвообразовательных процессов как напрямую, так и косвенно, изменяя другие факторы почвообразования. Тепловой и водный режим почв – пример прямого воздействия климата на почвы. Тепло и влага почв определяют многие биогеохимические процессы и ми- 13 грацию вещества и химических элементов в самой почве. Доказано, что между суммой годовых осадков, гидротермическим коэффициентом (ГТК) и главнейшими генетическими характеристиками почв (мощность А+АВ, запасы гумуса, емкость катионного обмена, содержание ила, величина рН) существуют четкие закономерные связи (Вальков, 2008). Общеизвестно, что для каждой природно-географической зоны свойственен специфический (зональный) тип почвы, формирующейся на равнинновозвышенных водоразделах: для лесной зоны – подзол, для зоны пустынь – серозем, для степной зоны – чернозем. Образование зональных почв обусловлено климатическими факторами (Матвеев, 2008). Климат оказывает существенное косвенное воздействие на растительность, жизнедеятельность организмов, почвообразующую породу и почвообразовательные процессы (Добровольский, Урусевская, 1984; Суюндуков, 2001). Так как климат играет значительную роль в образовании почвы, то она в свою очередь является источником познания исторического изменения климата, сохраняя в себе свойства прошлых эпох. Среди компонентов биотопа наибольшей скоростью изменения под влиянием климата обладают режимы температуры и влажности, газовый состав и биотические параметры почв. (Кудеяров, 2009). Причем, по происходящим сейчас процессам в почве можно судить о будущих глобальных изменениях климата. Почва и почвенный покров являются свидетелями и индикаторами глобального изменения климата (Рожков, 2009). 1.2. ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ Главным источником энергии для жизни, а, следовательно, и почвообразования является солнечная радиация. Поступление энергии в виде света и тепла на почвенную поверхность определяется характером рельефа, положением местности и особенностями растительного покрова (Тарасов, Сукачев, 1981; Ахтырцев, 1999; Лопатин и др., 2002; Воробьева, 2005; Хромых, 2006, Матвеев, 2008). Из-за изменений радиационного баланса при движении от полярных 14 областей к экватору значительно повышается скорость и интенсивность образования и разложения органического вещества, фотосинтеза, жизнедеятельности организмов, выветривания, выщелачивания, накопления и синтез новых минеральных соединений, увеличивается биологическая активность почв (Ковда, 1973; Волобуев, 1973; Орлов, Бирюкова, 1984). От температуры зависят процессы, протекающие с почвенной органикой (Арчегова, 1984; Дергачева, 1989; Орлов и др., 1997). Степные почвы имеют более тяжелый механический состав, при увеличении среднегодовых температур уменьшается содержание азота и гумуса (Ковда, 1973, 1988; Болдырев, 1993). Тепловой режим почвы оказывает влияние на испарение почвенной влаги тем самым определяет ее водный баланс (Файбишенко, 1983; Qiu et al., 1999). От температуры зависят гидрофизические свойства почвы (Hopmans, Dane, 1985; Liu, Dane, 1993; Bachmann et al., 2002). Температура определяет такие свойства почв как смачиваемость (de Jonge et al., 1983), величину коэффициента фильтрации (Jaynes, 1990) и ненасыщенной гидравлической проводимости (Constantz, 1982). В итоге под действием температуры изменяется скорость инфильтрации воды в почву (Jaynes, 1985; de Jonge et al., 1983; Lin et al., 2003). Благодаря разнице температур осуществляется термоперенос почвенных растворов (Taylor, Cavazza, 1954; Тараканов, 1955; Ончуков, 1956; Абрамова, 1958; Глобус, 1962; Сагу, Taylor, 1962; Кулик, 1963; Сагу, 1965; Rose, 1968; Weeks et al., 1968; Joshua, 1973; Nassar et al., 1997) и различных газов (Александров и др., 1996). Поток солнечной энергии усиливается от холодных полярных регионов к жарким тропическим, в этом же направлении увеличивается интенсивность процессов выветривания, фотосинтеза, жизнедеятельности животных и бактерий и возрастает интенсивность почвообразования. При этом увеличивается скорость процессов разрушения первичных минералов, разложения и минерализации органического вещества и выщелачивания, скорость созидательных процесс синтеза, накопления новых вторичных минералов и органических соединений. Известное правило Вант-Гоффа гласит, что при повышении температуры на каждые 10 °С, скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза. 15 Диссоциация воды увеличивается в 8 раз при изменении температуры от 0 до 50 °С. В связи с этим скорость геохимических реакций в почвах различается в десятки раз в разных районах земного шара. Температура определяет величину энергии взаимодействия жидкой и твердой фазы почвы, энергии поверхностного натяжения. Под действием температуры изменяется энергия сорбции и константа термодинамического равновесия в почвенных растворах (Файбишенко, 1983; Воронин, 1986; Шеин, 2005 и др.). Именно по этой причине в тропиках темпы почвообразования и выветривания, мощность почв и коры выветривания почв одного возраста несравненно больше, чем в умеренных и холодных областях. Минералы отличаются друг от друга величиной объемного расширения. Величина объемного расширения полевого шпата почти в 2 раза меньше, чем у кварца. Поэтому периодическое нагревание массивнокристаллических пород днем и их остывание ночью приводит к возникновению многочисленного напряжения из-за которых образуются трещины и разрушение пород. Переход воды в лед повышает капиллярное давление в тонких трещинах, в результате чего происходит их расклинивание. Растворимость солей и газов в почвенных растворах, соотношение жидкой и твердой фаз почв, явления сорбции и десорбции, переход аморфных соединений в кристаллические также зависят от температуры. Чем выше среднегодовая температура, тем больше скорость образования в почвах вторичных глинистых минералов. Таким образом, температурный режим почв определяет и контролирует интенсивность химических, физических, механических, а также биологических процессов в почвах (Виленский, 1961). На поверхности Земли, в зависимости от поступающего тепла, формируются термические пояса, которые выделяют в зависимости от разницы в сумме среднегодовых температур выше 10°С (табл. 1). По причине того, что поверхность нашей планеты не является идеально гладкой, на ней присутствуют разнообразные формы рельефа, которые изменяют теоретически ожидаемую схему распределения термических поясов. 16 Таблица 1 Планетарные термические пояса Термические пояса Холодный (полярный) Умерено холодный (бореальный) Умерено теплый (суббореальный) Теплый (субтропический) Жаркий (тропический) Сумма среднегодовых температур выше 10˚С 400–500 500–2400 2400–4000 4000–8000 более 8000 Так же большое значение имеет градация климата по его степени континентальности. Наибольшие различия континентальности климата резко выделяются в полярной, бореальной и суббореальной группах климатов. Они обусловливают термический режим нижних горизонтов почв в зависимости от мощности снегового покрова и глубины зимнего промерзания почв и находят отражение, в классификации почв при выделении фациальных подтипов. Атмосферный климат определяет климат почвы. От него в большей степени зависит термический режим почвы, который в свою очередь имеет решающее значение в начальный период жизни растений (Шульгин, 1940, 1957; Худяков, 2010). Температура почвы является одним из основных факторов, определяющих функционирование и продуктивность агроэкосистем (Тольский, 1901; Шульгин, 1940; Степанов 1948; Горышина, Макаревич, 1973). Для сельского хозяйства большую роль играет температура почвы в зимний период. От глубина промерзания почвы, ее влажности и температуры, зависит перезимовка сельскохозяйственных растений, а также возможность накопления почвенной влаги весной, от которой зависят сроки проведения полевых сельскохозяйственных работ. Температура поверхностных горизонтов почв определяет микроклимат растительного покрова, а также от него в большей степени зависит интенсивность эвапотранспирации (Сох, Boersma, 1967; 1968; Bachmann et al., 2001). Температура влияет на эффективность вносимых удобрений (Дадыкин, 1951; Дубовик, 1956; Журбицкий, 1963; Weber, Caldwell, 1964; Филимонов, 17 Стрельникова, 1979; Никитишен и др., 1998, 2007). Практически все протекающие в почве процессы, в том числе физические, накладываются на непрерывные изменения температуры активного слоя почвы. Температура определяет скорости протекания внутрипочвенных химических реакций и активность почвенной биоты (Мишустин, 1925; Великанов и др., 1971; Radmer, Кок, 1979; Афонина, Усьяров, 1984; King, Adamsen, 1992; Grundmann et al., 1995; Scanlon, Moore, 2000; Nielsen et al., 2001; Христенко, Шатохина, 2002; Курганова, Типе, 2003; Parkin, Kaspar, 2003 и др.). Существует много литературных данных посвященных влиянию термического фактора на самые разные стороны функционирования почв, приводящее к закономерному изменению почвенных свойств (Федорова, 1970; Федорова, Ярилова, 1972; Коковина, Лебедева, 1986; Филимонов, Стрельникова, 1979; Лепорский и др., 1990; Скворцова, Сапожников, 1998; Караваева и др., 1998; Конищев, 1998; Бахлаева и др., 2002; Базыкина и др., 2007,). 1.3. ЗНАЧЕНИЕ ОСАДКОВ В ПОЧВООБРАЗОВАНИИ Почвообразующий эффект тепла и света проявляется только в том случае, если в почвах содержится достаточное для жизни растений количество влаги. Поэтому значение количества атмосферных осадков в почвообразовательном процессе также велико, как и тепла. Среднегодовая сумма осадков в разных районах Земли варьирует очень сильно. Без осадков процесс почвообразования невозможен. При среднегодовом количестве осадков 300–400 мм почвообразование угнетается. Повышение влажности до 550–650 мм (при условии равенства осадков и их испаряемости) приводит к увеличению степной растительности, под покровом которой происходит образование черноземов. 700–800 мм в год получают леса умеренного пояса обоих полушарий. Данного количества осадков вполне достаточно для того чтобы лесная растительность вытеснила степную и заняла доминирующее положение. В субтропиках выпадает до 2500 мм 18 ежегодно, а во влажных экваториальных лесах с количество осадков достигает 7000–10000 мм в год. В связи с условиями увлажнения территории выделено шесть главных групп климата. Критерием служат среднегодовое осадков и отношение осадков к величине испаряемости (коэффициент увлажнения – КУ) (табл. 2). Таблица 2 Планетарные пояса влажности Группы климата Очень влажный (экстрагумидный) Влажный (гумидный) Полувлажный (семигумидный) Полусухой (семиаридный) Сухой (аридный) Очень сухой (экстраридный) КУ более 3 3–1 1–0,5 0,5–0,3 0,3–0,1 менее 0,1 Сумма осадков за год, мм более 2000 2000–800 800–500 500–200 200–50 менее 50 В планетарном масштабе среднегодовое количество осадков от экватора к полюсам снижается. Однако распределение осадков на суше имеет пятнистый характер (Ковда, 1973). Основные причины такого распределения: разница высоты, форм и размеров континентов, близость или удаленности горных хребтов от мирового океана, а так же их высота над уровнем моря, их влияние на передвижение воздушных масс, циркуляцию морских течений существуют. Именно по этим причинам существуют отклонения от общей планетарной схемы зональности. Горные хребты, расположенные вдоль берега, влияют на потоки воздушных океанических масс. И на склоны горных массивов, обращенных к океану, выпадает большое количество осадков. А глубинные, отгороженные горными хребтами или отдаленные от мирового океана внутриконтинентальные районы не обеспеченны большим количеством осадков. Влажность почвы напрямую зависит от количества и режима поступления атмосферных осадков. Растворение и перераспределение (выщелачивание) подвижных соединений в почве, перенос почвенных суспензий и химических веществ с водами подземного и поверхностного стока на дальние расстояния напрямую зависят от влажности почвы. Благодаря атмосферным осадкам в поч- 19 ве протекают такие процессы как гидролиз первичных минералов и замещение их вторичными глинистыми минералами. Вместе с атмосферными осадками в почву попадают не только пыль, но и аммиак, оксиды азота, угольная кислота и многочисленные отходы производства. Впитываемая почвой влага задерживается в ней и передается растениям для синтеза органического вещества. Так же осадки вносят вклад при образовании почвенных профилей и основных генетических горизонтов. Просачивание влаги приводит к образованию геоклиматической стратификации почвенного профиля. Влага участвует в вымывании из верхних горизонтов почвы веществ и вмывании их в нижние горизонты. Так, например, вымывание карбонатов, создает обособленные иллювиальные генетические горизонты. Разность осадков и испаряемости, испарение, валовое увлажнение наиболее значимые климатические показатели, участвующие в формировании горизонтов. Средняя температуры июля, сумма активных температур воздуха, продолжительность периода с активными температурами воздуха и суммы активных температур в почве проявляют меньшее действие на почвы. Наименьшее воздействие на формирование и распространение горизонтов оказывает глубина проникновения температур выше 10°С в почву (Неданчук, 2010). При увеличении аридности климата наблюдается снижение общего проективного покрытия и запасов фитомассы, числа ярусов и количества встречающихся видов (Саблина, 2010). 1.4.ВЛИЯНИЕ ТЕНЕВОГО ЭФФЕКТА ГОР НА ПОЧВЫ Воздействие горного рельефа на климат велико и многосторонне. Оно ярко проявляется в изменении с высотой всех метеорологических элементов, приводит к формированию особого, так называемого «горного климата» и находит наглядное выражение в вертикальной поясности почв и растительности. В горах по мере увеличения высоты уменьшается атмосферное давление, на уровне моря при поднятии в среднем на 10,5 м на 1 мм, выше же – меньше, и на высоте 20 6000 м 1 мм на 22,5 м. Одновременно понижается температура в среднем на 0,5ºC на каждые 100 м высоты. Состав воздуха, содержание в нем азота и кислорода не изменяется, но понижается содержание водяных паров, пыли и бактерий. Вследствие уменьшения пути солнечных лучей в атмосфере и понижения содержания водяных паров и пыли, увеличивается солнечная радиация, уменьшается рассеивание лучей в атмосфере и возрастает приток биологически активных ультрафиолетовых лучей. В связи с задерживающим влиянием гор на переливание воздушных масс на наветренной стороне горных систем обычно выпадает большое количество атмосферных осадков, например на югозападном склоне Главного Кавказского хребта до 2000 – 3000 мм. В центральных же частях обширных высоких плоскогорий и нагорий выпадает мало осадков. На подветренной стороне горных систем, в связи с возникающими в атмосфере волновыми движениями, тоже могут выпадать в начале склона осадки, но режим их здесь является значительно более сложным. Под влиянием всех этих условий в горных областях развиваются высотные пояса растительности и вертикальные почвенные зоны, которые обычно следуют в вертикальном направлении в определенном порядке, от пустынных и степных в предгорьях к лесным на горных склонах и травянистым субальпийским и альпийским в высокогорном поясе (Виленский,1961). Влияние гор на климат не ограничивается пределами самой горной страны, а распространяется более или менее далеко на прилегающие равнины (Цыганенко, 1972), образуя тем самым уникальные предгорные ландшафты. К настоящему времени существует множество работ, описывающих природные условия и отдельные компоненты ландшафтных комплексов предгорий. Однако, до сих пор не существует единого определения, характеризующего предгорья как ландшафтный комплекс. Хотя и не существует четкого понятии о границах предгорных ландшафтов и определений видно, что предгорья охватывают как окраинные низкогорья горных массивов, так и холмистые равнины, расположенные у подножья гор (Максютов, 1979, 1980, 1981; Миллер, 1972). Одни исследователи предгорных ландшафтов представляют их как часть равнин, другие же относят их к частям гор. Некоторые рас- 21 сматривают горные массивы и прилегающие к ним равнины как единое целое (Четыркин, 1960; Когай, 1969, 1971; Чупахин, 1974; Алибеков, 1988). Ряд исследователей выделяют предгорные ландшафты как самостоятельные единицы. Так, в 1946 году А.И. Яунпутнинь высказал идею о существовании ландшафтов барьерного подножия (ландшафты низин и предгорий у наветренней стороны горных хребтов, отличающиеся повышенным атмосферным увлажнением) и дождевой тени (ландшафты низин и предгорий у подветренной стороны горных хребтов, отличающиеся благодаря теневому эффекту повышенной сухостью). Н.Н. Розов (1954) почвенные зоны территорий, примыкающие к горам, группирует в предгорные провинции. Своеобразную гумиднопредгорную и аридно-теневую зональность почвенного покрова предгорных территорий описывают Ю.А. Ливеровский и Э.А. Корнблюм (1960, 1987). Как считает А.Г. Исаченко (1965), что горные и равнинные ландшафты, относящиеся к одному типу, связанные между собой генетически и часто соединены постепенными переходами –предгорными ландшафтами, которые бывает трудно категорически отнести к определённому классу. Ф.Н. Мильков (1966) выделяет предгорья и примыкающие к ним равнины в особый класс предгорных ландшафтов ,понятие о которыхболее широкое, чем предгорья в собственном (преимущественно в геоморфологическом) смысле этого слова. Мощное ландшафтное воздействие горных массивов распространяется далеко за пределы предгорья, охватывает широкую зону прилегающих равнин. Это находит свое выражение в образовании на равнинах ландшафтов «барьерного подножия с повышенным увлажнением, или ландшафтов «дождевой тени», характеризующихся относительной сухостью». По Ф.Н. Милькову (1981), горные страны представляют собой комплекс не одного, а четырех классов ландшафтов – горных, равнинных, межгорно-котловинных и предгорных, причем «предгорные ландшафты по периферии гор принадлежат горной стране не в большей степени, чем окружающим низменным равнинам». Интересные исследования барьерных ландшафтов проводились Ф.А. Максютовым (1979, 1980, 1981). Их образование он связывает с находящимися 22 под влиянием гор атмосферными процессами. Ф.А. Максютов (1981) пишет, что «формирование собственно горных, низкогорно-предгорных и пригорных барьерных ландшафтов связано с тем, что рельеф изменяет нормальный ход циркуляционных процессов, величины осадков, влажности, температуры воздуха, почв, характер почвенно-растительного покрова». Им разработана формула определения величины барьерного эффекта гор в формировании ландшафтных комплексов. Ф.А. Максютов считает, что предгорные ландшафты должны рассматриваться в составе двух классов – низкогорно-предгорного и пригорного. В связи с этим было сформулировано понятие «Теной эффект гор Кавказа». Горы Большого Кавказа затрудняют перенос теплых воздушных масс и являются преградой для проникновения дождевых облаков в Предкавказье. В связи с этим Северный Кавказ относится к умеренному поясу, а не к субтропическому (Мильков, Гвоздецкий, 1976). Теневой эффект гор – особая зональность на равнинах, не входящая в систему горной зональности и не подчиняющаяся закономерностям широтной зональности, однако обусловленная присутствием горных систем. Почвенные зоны теневого эффекта формируются в условиях усиленной конденсации атмосферной влаги или, наоборот, с ее подавлением в связи горно-континентальным перегревом воздушных масс (Вальков, 2001). 23 2. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА ПОЧВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2.1. ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ОТ КЛИМАТА Увлажнение почвы усиливает влияние температуры на теплофизические свойства. Чем выше влажность, тем больше темп возрастания объемной теплоемкости (Макарычев, 2010). Высушивание почвы может увеличить подвижность фосфора и калия (Савченко, 2004). С увеличением среднегодового количества осадков увеличиваются содержание азота, емкость поглощения, возрастает глубина залегания карбонатов (Раменский, 1938, 1950; Возбуцкая, 1964; Соколов, Иваницкая, 1971; Титлянова и др., 1996; Розанов, 2004; Уткаева, 2005).. Климатический фактор (режим выпадения осадков) определяет характер перераспределения солей в профиле почв. Зимне-весенние осадки способствуют более активному выносу легкорастворимых солей. Этот процесс наблюдается в среднеазиатском регионе, где верхняя часть профиля отмыта от солей. Континентальность климата на соленакопление в автоморфных условиях особого влияния не оказывает, хотя очевидно, что она тормозит процесс выветривания и биогенной аккумуляции солей (Панкова, 2013). Иная ситуация наблюдается в почвах гидроморфных ландшафтов пустынь, в которых такие показатели, как степень засоления поверхностных горизонтов, распределение солей по профилю почв и площадь распространения засоленных почв напрямую связаны с современными климатическими условиями (Панкова, 2013). Участие засоленных почв в почвенном покрове округа возрастает с запада на восток, от лесостепной к полупустынной зоне по мере увеличения аридности и континентальности климата. Также меняется химизм засоления: сульфатный и содово-сульфатный в лесостепной зоне, сульфатный, в том числе с участием соды в степной, хлоридно-сульфатный и сульфатно-хлоридный в сухостепной и преимущественно хлоридный в почвах полупустынной зоны (Новикова, 2011). 24 Изменение климатических условий в связи с потеплением климата и повышением аридности будет способствовать усилению процессов засоления, в первую очередь, в гидроморфных почвах. В автоморфных почвах потепление климата будет благоприятствовать лишь сохранению солевых запасов, унаследованных от предыдущих этапов развития территории (Панкова, 2013). С усилением засушливости климата возрастает доля процессов опустынивания, проявляющихся в сильной и очень сильной степенях. Примером может служить территория республики Калмыкия, где распространены очаги развеваемых песков (Андреева, 2006). С 70-х годов прошлого столетия, увеличение температуры холодного периода на 1,8°, а коэффициента увлажнения до 0,8–1,2 на территории Центральной чернозёмной области активизировало два разнонаправленных процесса, протекающих в чернозёмах, - карбонатизацию и выщелачивание. Эти процессы проявляются во всех исследованных почвах, но с разной интенсивностью. Например, выщелачивание более интенсивно протекает в черноземах с режимом абсолютного заповедования, а карбонатизация в чернозёмах с режимом ежегодного кошения. Выщелачивание проявляется: 1) в понижении уровня залегания карбонатов; 2) в смещении вниз зон карбонатных выделений; 3) в преобладании формирования карбонатных выделений из нисходящих токов. С процессами карбонатизации почвенного профиля связано: 1) формирование большого количества лабильных форм выделений, ранее не встречавшихся в профиле лесостепных чернозёмов; 2) расширение границ за счёт смещения вглубь профиля, пространства формирования характерных для этих черноземов форм карбонатных новообразований (Овечкин, 1979). 2.2. ЗАВИСИМОТЬ СОДЕРЖАНИЯ ГУМУСА ОТ КЛИМАТА Следовательно, от осадков напрямую и косвенно связан процесс гумусообразования и возникновение верхнего биогенного гумусо-аккумулятивного горизонта почвы. Показано, что при повышении влажности интенсивность минерализации органического вещества оподзоленного чернозема и темно- 25 каштановой почвы увеличивалась, а серой лесной почвы не менялась, что было связано с низким содержанием в структуре ее активного органического вещества легкоминерализуемой фракции (Тулина и др., 2009). В зависимости от географических условий имеет место закономерное изменение количества гумуса в зональных типах почв. Содержание гумуса увеличивается от таежных подзолистых почв (2-3%) на юг к дерново-подзолистым, серым лесным (4-6%) и далее к черноземам (в среднем около 10%), а потом также закономерно уменьшается до 2-4% в каштановых почвах сухих степей и до 1-2% в почвах пустынь. Одновременно меняется соотношение компонентов почвенного гумуса — гуминовых кислот и фульвокислот (Кононова,1951). Более разительным примером непосредственной связи климатических и погодных условий с плодородием и гумусовым состоянием черноземных почв, не имеющих негативные для сельскохозяйственных растений родовые признаки (солонцеватость, засоленность, эродированность и др.), дает анализ их бонитета, рассчитанного по запасам гумуса и количеству выпадающих осадков. Получается совпадение бальной оценки земель по гумусовому состоянию и климатическим условиям увлажнения при исключительной однородности почвенного покрова (Вальков и др., 2002). Климатические факторы и, в первую очередь количество выпадающих осадков в зоне степей определяет интенсивность биологических процессов, а, следовательно, запасы органического вещества, их количественный бонитет, уровень плодородия черноземов. Установлено, что содержание органического углерода в почве обратно пропорционально температуре окружающей среды. Содержание органического углерода в почвах, сформированных в более холодных климатических областях выше, чем в теплых (Ершов, 2004). Но, в то же время, при изучении влияния температуры на содержание органического вещества в лесных почвах, такой закономерности не обнаружено. При увеличении температуры в лесных почвах Западного Орегона увеличивается запас органического углерода (Homann and al., 1995). 26 Отмечена тесная корреляционная связь между среднегодовым количеством осадков и содержанием в почве органического углерода (Jobbagy, Jackson, 2000). Содержание органического углерода в верхнем слое почвы (0-30 см) определяется, в основном, климатическим фактором, в частности, среднегодовым количеством осадков. В более глубоких слоях почвы (30-100 см) в большей степени зависит от гранулометрического состава (Wang, 2013). С усилением континентальности климата снижается не только запас гумуса в почвах, соотношение основных групп гумусовых кислот, но и один из основных показатель структурного состояния ГК – степень ароматичности (Чимитдоржива, 2011, Кленов, 2011). Климат играет важную роль в регулировании баланса между атмосферным и почвенным углеродом (Epstein, 2002). Процессы прогрева поверхности почвы под влиянием солнечной радиации, проникая внутрь почвенной массы, оказывают существенное влияние на преобразование органической и минеральной части почв (Залибеков, 2005). 2.3. ЗАВИСИМОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ ОТ КЛИМАТА Климатические условия являются наиболее важным из факторов, регулирующих почвенные процессы. Специфика почвы как среды обитания состоит в том, что это трехфазная система с развитой твердой поверхностью, которая соседствует с жидкой и газовой фазами (Звягинцев, 2007). Гидротермический режим определяет тонус жизнедеятельности почвенных организмов, растений, активность биохимических процессов почвы (Хазиев, 1982, 1991). Ферментативная активность – это элементарная почвенная характеристика. Это выявлено в результате исследований В.Ф. Купревича, Я.В. Пейве, А.Ш. Галстяна, Ф.Х. Хазиева, Л.Г. Звягинцева, С.А. Абрамяна, К.Ш. Казеева и др. 27 Ферментативная активность почвы – интегральная характеристика, показывающая функциональную деятельность почвенной биоты и потенциальную способность к осуществлению различных биохимических превращений, а также ферментативная активность почв является относительно стабильным параметром среди показателей, характеризующих биологическую активность почв (Звягинцев, 1976, 1978). Ферментативная активность почв – это результат совокупности процессов поступления, иммобилизации и действия ферментов в почве. Источниками почвенных ферментов является все живое вещество почв: растения, животные, микроорганизмы, грибы, водоросли и т.д. Накапливаясь в почве, ферменты становятся неотъемлемым реактивным компонентом экосистемы. Почва является самой богатой системой по ферментному разнообразию и ферментному пулу (Купревич, 1966, 1974). Разнообразие и богатство ферментов в почве позволяет осуществляться последовательным биохимическим превращениям различных поступающих органических остатков. Ферментативная активность затрагивает наиболее важные повторяющиеся превращения в биохимических циклах углерода, азота, фосфора, серы и других соединений. Функциональная роль ферментов как катализаторов в почвенных процессах огромна. В почве функционируют системы ферментов, последовательно осуществляющие биохимические реакции, выполняющие материальные и энергетические обмены, в основе которых лежат синтетические и деструктивные функции. Под действием ферментов органических веществ почвы распадаются до различных промежуточных и конечных продуктов минерализации. При этом образуются доступные растениям и микроорганизмам питательные вещества, а также освобождается энергия (Купревич, 1951). С увеличением запаса продуктивной влаги и понижением температуры наблюдается сопряженное возрастание активности гидролитических ферментов инвертазы, фосфатазы, уреазы, АТФазы, а из оксидоредуктаз – дегидрогеназы. Высокая влажность и низкие температуры способствуют накоплению значительной биомассы, гумуса и органических соединений азота, фосфора, серы в 28 почве, которые регулируют уровень активности соответствующих гидролитических ферментов азотного, фосфорного и серного обмена. Между активностью инвертазы, фосфатазы, уреазы и температурой почвы обнаружена тесная отрицательная связь, коэффициент корреляции от -0,91 до -0,96. Каталаза положительно коррелирует с температурой (Хазиев, 1982, 1983; Абрамян, 1992). Температура и влажность являются одними из важных компонентов экологических условий, регулирующих почвенные процессы, вследствие чего между влажностью почвы и ее ферментативной активностью существует прямая зависимость (Козлов, 1962, 1966). Зависимость ферментативной активности почвы от ее влажности в первую очередь связана с тем, что влажность оказывает влияние на микробиологическую активность и на деятельность корневой системы. Поскольку жизнедеятельность микроорганизмов практически прекращается при влажности почвы ниже 10% (1962,1966), по-видимому, при низкой влажности проявляется действие лишь ранее накопленных ферментов. Также при снижении влажности происходит изменение коллоидно-химического свойства почвы и происходит частично необратимая инактивация ферментов (Хазиев, 1972, 1976; Вухрер и Шамшиева, 1968). Выведены уравнения регрессии для всех изученных ферментов в зависимости от температуры и влажности. Согласно этим уравнениям, при уменьшении температуры на 10ºС активность инвертазы возрастает на 4,45 мг глюкозы, фосфатазы – 0,99 мг фосфора, уреазы – 0,52 мг NН3, арилсульфатазы – 0,7 мг SО4, АТФазы – 0,32 мг фосфора, дегидрогеназы – 0,3 мг ТФФ, активность каталазы, наоборот, уменьшается на 0,27 миллилитров кислорода, так как она находится в положительной связи с температурой. Установлено, что все изученные ферменты, за исключением каталазы, находятся в положительной зависимости с запасом продуктивной влаги. Увеличение влажности на 1 мл приведет к возрастанию активности инвертазы на 2,39 мг глюкозы, фосфатазы на 0,39 мг фосфора, уреазы – 0,12 мг NН3, арилсульфатазы – 0,38 мг SО4, АТФазы 29 – 0,12 мг фосфора, дегидрогеназы – 0,15 мг ТФФ, активность каталазы при этом уменьшается на 0,14 миллилитров кислорода (Абрамян, 1992). Водно-воздушный режим в почве в значительной степени определяет численность микроорганизмов, накопление ферментов и витаминов, которые в совокупности характеризуют интенсивность и направленность биохимических процессов, протекающих в почве (Абрамян, 1992). Мало исследований посвящено изменению ферментативной активности почв вследствие потепления почвы в естественных полевых исследованиях. Так, например, в бореальных лесах отмечено снижение микробной биомассы при увеличении температуры почвы на 0,5°С, но этот незначительный подогрев почвы не оказывает достоверного влияния на активность ферментов (Allison, Treseder, 2008). На залежи, потепление почвы на 1°C не оказывает влияния на активность почвенных ферментов, хотя отмечено повышение микробной биомассы (Bell, Henry, 2011). В другом эксперименте на залежи, не было также никаких долгосрочных последствий экспериментального потепления на ферментативную активность (Steinweg, 2011). При потеплении климата наблюдается снижение активности гидролаз, активность оксидоредуктаз не изменяется (Cusack et all., 2010). Установлено снижение активностей ß-ксилозидазы и ßгликозидазы по сравнению с не нагретой почвой (Kardol, 2010). Другие исследования подтверждают увеличение ферментативной активности почв при увеличении ее температуры (Bell et all., 2010; Weedon et all., 2011). В связи с противодействующим эффектом синтеза и деградации фермента, трудно предсказать последствия потепления на запас почвенных ферментов. Кроме того, каждый фермент имеет разную чувствительность к температуре и поэтому изменения климата могут привести к не одинаковым последствиям для каждого фермента (Luxhoi et al., 2002; Koch et al., 2007). Таким образом, механизмы лежащие в основе изменения ферментативной активности почв при потеплении климата остаются неизвестными, возможно это связано с уменьшением влажности почвы при нагревании (Carlyle et al., 2011). Последствия изменений в абиотической среде, связанные с краткосрочными изменениями погоды или 30 долгосрочными изменениями климата, и оказывающие влияние на ферментативную активность, очень сложно предсказать. Например, активность ферментов возрастает с повышением температуры (до некоторого оптимума) и из-за потепления климата, по крайней мере теоретически, должна увеличится скорость ферментативных реакций (Wallenstein, Weintraub, 2008) . С другой стороны, микробы могут снизить синтез фермента и его секрецию в ответ на потепление (Allison, 2005; Wallenstein et al.,2012). Кроме того, скорость ферментативной денатурации (и деструкции активности внеклеточных протеаз) также может увеличиться с потеплением (Wallenstein et al., 2011). Значительное влияние на ферментативную активность оказывают частые и прерывистые сушки почвы, данные условия являются стрессовыми для микробного сообщества и ферментативной активности (Schimel et al., 2007; Chowdhury et al., 2011). Установлена корреляция между влажностью и температурой почвы и ферментативной активностью (Sinsabaugh et al., 2008; Baldrian et al., 2010), но вопрос о изменении ферментативной активности вследствие изменения влажности остается открытым. В результате смачивания высушенной почвы, наблюдается увеличение органического вещества и ферментативной активности, вероятно, это связано с лизисом клеток, вызванным осмотическим шоком (Fierer, Schimel, 2002). Увеличение органического вещества порождает быстрый рост микробной биомассы, повышение почвенного углерода и минерализацию азота (Fierer, Schimel, 2002). После повторного смачивания наблюдается резкое увеличение выделения почвой углекислого газа (Miller et al., 2005) . Вследствие, продолжительных засух, вероятно, уменьшится продуцирование фермента и произойдет их инактивация. Однако, существуют работы утверждающие, что во время засухи ферменты не только не инактивируются, но и наоборот увеличивают свою активность (Steinweg, 2011). Во многих регионах, изменение сезонной закономерности выпадения осадков приводит к увеличению стресса, связанного с гидратацией / дегидратацией. Потому повторное увлажнение иногда приводит к резкому возрастанию микробной биомассы (Fierer et al., 2003; Schimel et al., 2007), что в свою очередь является причиной попадания многих внутриклеточ- 31 ных ферментов в окружающую среду. Некоторые из них способны выживать достаточно долго, чтобы создать временное увеличение биологической активности почв. И наоборот, снижение биомассы может привести к снижению продуцирования ферментов и их относительной численности (Weintraub et al., 2007). Активность гидролаз на пашне увеличивается при увеличении полива превышающего среднегодовое количество осадков. Активности фенолоксидазы и пероксидазы, наоборот, увеличились (Henry и et al., 2005). Отмечено снижение активности каталазы при переувлажнении черноземов (Cтрелкова, 2006). Избыточное увлажнение залежных почв привело к увеличению N- ацетилглюкозаминидазы и фенолоксидазы (Bell, Henry, 2011). Таким образом, для регионов, в которых возможно увеличение среднегодового количества осадков, невозможно предсказать увеличение или уменьшение активности внеклеточных ферментов. В условиях глобального потепления климата изменение запасов почвенного гумуса зависит от температурной чувствительности полифенолпероксидаз и полифенолоксидаз. Они играют важную роль в разложении лигнина, минерализации и образовании гумуса. Зависимость потенциальной активности ферментов от температуры изучали в современной и погребенной серой лесной почве в ходе ее инкубации при температуре 10 или 20°С. Результаты эксперимента свидетельствуют, что она определялась доступностью субстрата и наличием кислорода. Активность полифенолоксидазы в ходе двухмесячной инкубации без доступа кислорода уменьшилась в 2–2.5 раза, что компенсировалось возросшей в 2–3 раза активностью полифенолпероксидазы. Увеличение температуры инкубации до 20°С и внесение глюкозы ускоряло этот переход за счет более резкого уменьшения активности полифенолоксидазы. Предынкубация почвы с глюкозой приводила к двукратному увеличению активности полифенолпероксидазы, но недостоверно изменяла активность полифенолоксидазы. Различный эффект влияния температуры на две группы исследованных оксидаз и возможность “замещения” активности одного типа ферментов другим при 32 изменении условий аэрации следует учитывать при прогнозировании эффекта потепления климата на минерализацию органического вещества почвы (Якушев, 2014). Чередование засух с выпадением осадков в течение вегетации не увеличило годовую эмиссию СО2 из почвы под сеяным лугом и агроценозом. В лабораторных экспериментах увлажнение высушенной почвы высвобождало 1– 1.5% от органического углерода с высокой константой разложения и очень быстрым временем обновления, поэтому резкая смена режима увлажнения не приводила к интенсификации потерь углерода почвы в полевых условиях (Ларионова и др., 2010). 33 3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТА НА ЮГЕ РОССИИ Неоднородность форм рельефа, близость Черного, Азовского и Каспийского морей, омывающих территорию с запада и востока, наличие возвышающихся хребтов Кавказских гор на юге обусловливают климатическое разнообразие Юга России (Вальков, 2008). Климаты Южного Федерального округа изменяются от полупустынь Прикаспия до сухих и влажных субтропиков Черноморского побережья. Весь Южный Федеральный округ расположен в двух биоклиматических поясах – умеренном (суббориальном) и субтропическом, с чем связаны особенности циркуляции атмосферы и радиационного режима. На юго-востоке, в Прикаспии, климат принимает черты полупустынь, а к югу переходит во влажный предгорный и горный климат. С поднятием в горы он становится суровее и в высокогорной зоне принимает черты полярного климата. На Черноморском побережье выделяется климат сухих и влажных субтропиков. Адекватно изменению климатических условий формируется особая почвенная зональность, определяемая сферой влияния Кавказских гор. Зональность специфична как в горах, так и на равнинах, где прослеживается воздействие теневого эффекта горных систем. Южный федеральный округ расположен между Черным, Азовским и Каспийским морями, Главным Кавказским хребтом, Кумо-Манычской впадиной и южной оконечностью Русской (Восточно-Европейской) равнины. По природным условиям округ можно разделить на три зоны: степную (равнинную), предгорную и горную. От северной границы района до рек Кубани и Терека простирается зона степей. Южнее начинается предгорная область, переходящая в систему хребтов, образующих Черноморский, Кубанский, Терский и Дагестанский Кавказ. Для климата характерна широтная и вертикальная зональность, которая отражает изменение температуры и распределение осадков на всей территории региона. Лето, за исключением высокогорий, жаркое. Средние температуры июля составляют +18-22°С. Обилие света и тепла обеспечивает развитие расти- 34 тельности в течение семи месяцев в зоне степей, предгорий – восьми, а на побережье Черного моря – до одиннадцати. Это позволяет при соответствующем подборе сельскохозяйственных культур собирать до двух урожаев в год (Воейков, 1884). Зима в разных зонах юга России неодинакова. Зимние температуры изменяются от +2-5°С на Черноморском побережье до –4-8°С в центральных , более континентальных районах. На распределение осадков решающее влияние оказывают сухие среднеазиатские ветры, проникающие через Каспийское море, и влажные черноморские. Ставропольское плато служит водоразделом и барьером, ограничивающим проникновение на восток района черноморских ветров. Поэтому юго-западные районы округа достаточно увлажненные (1410 мм осадков в год в Сочи), восточные – довольно сухие (Кизляр – 340 мм) территории на севере региона характеризуются непостоянным увлажнением (Ростов-на-Дону – 470 мм). На формирование климата юга России оказывают влияние многие факторы. Важнейшие из них — широтная зональность и вертикальная поясность. Однако действие этих основных факторов в значительной степени корректируется особенностями географического положения Кавказского перешейка и его рельефа. Например, барьер Большого Кавказского хребта резко усиливает климатическую грань между умеренным поясом, к которому принадлежит Предкавказье, и субтропическим, охватывающим Закавказье. Этот барьер, а также другие особенности расположения хребтов определяют макроклиматические различия отдельных частей Кавказа и характерные для них мезоклиматические вариации. Эти различия обусловлены главным образом резким нарушением зонального характера распределения тепла и влаги, которое вызывается, прежде всего, существенной перестройкой в структуре радиационного и теплового баланса, происходящей над поверхностями Черного, Азовского и Каспийского морей и в предгорных и горных районах Кавказа. Затем они связаны с изменениями циркуляции атмосферы под воздействием орографии. Такое воздействие многообразно и, в частности, выражается в следующем. При воздушных пото- 35 ках с севера наблюдается конвергенция их над предгорьями и северным склоном Большого Кавказа. При западном переносе — конвергенция воздушных течений происходит над Колхидской низменностью, южным склоном Большого Кавказа, северным склоном Малого Кавказа и над западным склоном Сурамского хребта, а дивергенция имеет место над долинами Куры и Аракса. При восточном, более слабо выраженном переносе, наблюдается обратная картина (Кайгоров, 1955). На низменностях Кавказа особенности в распределении тепла и влаги проявляются во многих свойствах климата. Наблюдаются большие различия в величинах относительного увлажнения, выраженного отношением годовых сумм осадков к широтной норме. Так, при норме годовой суммы осадков в 950 и 925 мм, для широт 40 и 45° с. ш. относительное увлажнение в Прикаспийской и Кура-Араксинской низменностях составляет лишь 15—30% нормы, а в Колхидской низменности оно достигает 150-250% (Чупахин, 1974). Различие в радиационном режиме проявляется, в частности, в специфическом распределении изолиний суммарной солнечной радиации. Над степными районами юга Европейской территории России оно подчиняется широтной зональности, а при переходе к Черному морю и, в особенности, к Каспийскому изолинии принимают меридиональное расположение. Большое значение в формировании важнейших свойств климата Кавказа имеют также различия в структуре теплового баланса тех или иных мест, выражающиеся в изменяющихся соотношениях тепла, расходуемого на испарение и турбулентный теплообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой. Все это предопределяет довольно большое многообразие климатов Кавказского перешейка (Чупахин, 1974). На равнинах Западного Предкавказья в основном распространены климаты степей (Азово-Кубанская равнина), а в Восточном Предкавказье — климаты полупустынь и пустынь (долина Чаныча, Ергени, Прикаспийская низменность). Лишь на Ставропольском плато, в связи с явлениями вертикальной поясности, 36 засушливость выражена менее ярко, и естественные ландшафты имели здесь раньше лесостепной характер. На междуречье Дона и Маныча в Ростовской области и в северной части равнин Предкавказья климат имеет черты бореального и характеризуется довольно низким термическим режимом зимы. На юге, преимущественно в предгорьях Большого Кавказа, он приобретает черты умеренно-теплого, имея более высокий термический уровень холодного периода. Предкавказье и северный склон Большого Кавказа (до высоты 2000 м) образуют единую климатическую область. Климаты гор здесь тесно связаны с примыкающей к ним равниной; ее засушливые климаты по мере увеличения высоты переходят в связи с изменяющимися условиями термического режима и естественного увлажнения в бореальные климаты лесов и горных лугов, распространенные в низкогорных и среднегорных районах (Чупахин, 1974). Остальную часть Кавказа (до высоты 2000 м) большинство исследователей подразделяет в климатическом отношении на три крупные части: Западное и Восточное Закавказье, между которыми проходит Сурамский хребет, и среднегорную область Армянского вулканического нагорья. В низменных частях Закавказья преобладают умеренно-теплые климаты, которые, в зависимости от соотношения тепла и влаги как в годовом, так и в сезонных аспектах представлены различными типами. В Западном Закавказье, на относительно небольшом участке Черноморского побережья (несколько севернее Сочи), распространен климат средиземноморского типа с заметно выраженным недостатком летних, осадков. Южнее Сочи, вплоть до Батуми, а также на всей Колхидской низменности господствует климат влажных субтропиков. Он отличается достаточно равномерным распределением значительных осадков в течение всего года и мягкой зимой (Чупахин, 1974). В Восточном Закавказье, на Куринской низменности, распространены, в основном, разновидности сухого субтропического климата полупустынь и сухих степей с наименьшим количеством осадков зимой (среднее течение Куры до р. Тертер) или летом (нижнее течение Курь; ниже р. Тертер). Климат Ленко- 37 ранской низменности, благодаря влиянию Каспия и хребтов Талыша близок к климату влажных субтропиков, но из-за хорошо выраженной засушливости второй половины весны и лета его следует отнести к умеренно-влажному субтропическому. Армянское вулканическое нагорье, огражденное с севера и северо-востока хребтами Малого Кавказа, составляет единое целое с внутренней, юго-западной частью альпийской геосинклинальной зоны, занятой Переднеазиатскими нагорьями, высоко поднятыми новейшими тектоническими движениями (в среднем от 1500 до 2000 м). Поэтому здесь, распространены засушливые климаты с преимущественно небольшим количеством осадков и относительно низким термическим режимом зимы. В связи с особенностями циркуляции атмосферы, радиационного режима и рельефа на территории Кавказа можно выделить следующие климатические области: Северный склон Большого Кавказа и равнины Предкавказья; Западное Закавказье; Восточное Закавказье; Среднегорные области Армянского вулканического нагорья; Высокогорные области Большого Кавказа, Малого Кавказа и Армянского вулканического нагорья и Каспийское море. При приводимой ниже характеристике климатических областей по сезонам года мы выделили границы сезонов по совокупности ряда признаков, среди которых наиболее важное значение принадлежит радиационным и циркуляционным условиям, свойствам подстилающей поверхности и особенностям многолетнего режима местной погоды. Такой подход к выделению сезонов решает вопрос о характерных чертах лета в высокогорных районах и зимы в субтропических областях (Кайгоров, 1955). Что касается изменений климата, происходящих на территории Южного федерального округа, то в «Докладе об особенностях климата на территории Российской Федерации» Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (2013) подтверждено повышение среднегодовой температуры и увеличение количества осадков. Установлено, что за 2005-2013 годы отклонение среднегодовой температуры от нормы 1961-1990 составило 1,7. В 2013 году отклонение составило 1,85°C. Тренд увеличения скорости 38 среднегодовой температуры за 1976-2013 годы на юге России составил 0,56°C за 10 лет. Причем больший вклад в повышение вносят летние температуры. Летние температуры увеличиваются на 0,76 °C за 10 лет, в то время как зимние на 0,41 °C. Так же отмечено увеличение количества осадков. Среднегодовое количество осадков за последние 8 лет составило 110% от нормы. Тренд увеличения годового количества осадков за 1976-2013 годы составил 0,6% от нормы за 10 лет (Доклад об особенностях…, 2013). 39 4. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ При получении аналитических данных, используемых в настоящей работе, применялась разработанная и апробированная методология исследования биологической активности (Казеев, 1996; Валькови др., 1999; Колесников и др., 2000) с использованием общепринятых в почвоведении и биологии методов (Агрохимические методы исследования почв, 1975; Практикум по агрохимии, 1989; Хазиев, 1990; Звягинцев, 1991). В основу исследований был положен системный подход к познанию природных объектов и явлений. Изучение биологической активности почв проводилось в двух аспектах: сравнительно-географическом и профильно- генетическом. Сравнительно-географический метод – один из первых в течение длительного времени исследования в почвоведении (Прасолов, 1939). Его основателем считают В.В. Докучаева, который писал «…для истинного познания всякого естественно – исторического тела необходимо изучить по возможности все условия, влияющие на его образование и характер, необходимо пользоваться именно сравнительным методом исследования данного тела, в различной среде, при наличии разнообразнейших форм географических данных» (Докучаев, 1948). И.П. Герасимов и М.А. Глазовская (1960) отмечают, что основным методом научного исследования почв должно быть всестороннее изучение почвы и всех основных факторов почвообразования. Анализируя сущность сравнительно – географического метода в целом, А.А. Роде (1971) отмечал: «Сущность его (комплексного географического метода полевого исследования) заключается в сопряженном неразрывном изучении почв и факторов, их образующих». Докучаевский сравнительно-географический метод изучения почв заключается в познании почв в неразрывной связи с условиями и факторами почвообразования в различных географических условиях. Многие авторы увлекаются исследованием поверхностных или пахотных горизонтов, оставляя вне внимания большую часть почвенного профиля. Это сложный набор генетических горизонтов или слоев различного генезиса и свойств, безусловно, имею- 40 щие свои биологические особенности, не совпадающие со свойствами наиболее биологически активного поверхностного горизонта. Пахотные горизонты различных почв в различных природных зонах по своих характеристикам сравнительно уравниваются, приобретая свойства, необходимые для ведущих сельскохозяйственных культур. Поэтому профильное изучение биологии почв - актуальная задача, которая позволяет раскрыть новые закономерности генезиса почв информирования ее плодородия. Для изучения морфологии почв и отбора почвенных образцов для последующих лабораторных работ были заложены полнопрофильные разрезы и прикопки к ним на типичных по рельефу и растительности ключевых участках. Географические координаты определены GPS навигатором Garmin. Были определены содержание гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей, рН, активность каталазы, инвертазы и дегидрогеназы, интенсивность начального роста редиса, обилие микроартропод и микрофлоры и др. (Казеев и др., 2003). Поскольку биологические свойства почв отличаются значительным природным варьированием, все образцы восточной (широтной) трансекты были отобраны в течение одного дня в сходных погодных условиях в августе 2007 и 2009 гг., При исследовании северной и южной частей меридиональной трансекты образцы также отбирали в течение светового дня в августе 2010 г. и июле 2012 г. Летний период наблюдения определен наиболее устойчивой погодой без резких изменений температуры и влажности. Для определения численности мелких членистоногих (микроартропод) проводили отбор почвенных образов (по 10 на каждом участке типа почв) на глубину 0-20 см, послойно, через 5 см (объемом 125 см3) Экстракцию микроартропод проводили в воронках без электрического обогрева в течение 7 суток. Учитывали численность клещей и ногохвосток. Для исследования микрофлоры были использованы свежеотобранные образцы почв при естественной влажности. Численность бактерий определяли на мясопептонном агаре (МПА). Обилие КОЕ грибов учитывали на подкисленной среде Чапека. Бактерии рода Azotobacter определяли методом комочков обрас- 41 тания на безазотистой среде Эшби. О ферментативной активности почв судили по активности ферментов разных классов: оксидоредуктаз (каталаза, дегидрогеназа) и гидролаз – (-фруктофуранозидаза (инвертаза)). Активность почвенных ферментов изучали при естественной рН почвы. "Дыхание" почв определяли по Макарову в модификации Галстяна. Реакцию почв (рН) и окислительновосстановительный потенциал определяли потенциометрическим методом. Содержание гумуса определяли методом Тюрина в модификации Никитина по окисляемости хромовой смесью. Содержание легкорастворимых солей определяли кондуктометрическим методом. Продуктивность почв определяли по изменению показателей интенсивности начального роста проростков редиса (длина корней, длина зеленых побегов). Исследования проводили в 3-9-кратной повторности. Для определения различий в уровне биогенности и биологической активности разных почв определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы (Вальков и др.,1999; Казеев и др., 2003; Казеев, Колесников, 2012). Этот показатель оценивает совокупность биологических показателей, выраженных в разных единицах, и позволяет абстрагироваться от случайных колебаний, характерных для большинства биологических параметров. Для расчета ИПБС максимальное значение каждого из показателей в выборке принимается за 100% и по отношению к нему в процентах выражается значение этого же показателя в остальных образцах. Б1 = (Бх / Бmax) 100%, где Б1 — относительный балл показателя, Бх — фактическое значение показателя, Бmax — максимальное значение показателя. После этого рассчитывается средний оценочный балл изученных показателей. ИПБС почвы рассчитывают аналогично расчету относительного балла показателя. Поскольку биологические свойства почв варьируют в широком диапазоне (Казеев и др., 2003, 2004; Казеев, Колесников, 2012) полученные в работе значения эколого-биологических показателей были подвергнуты вариационно- 42 статистическому анализу, дисперсионному и корреляционному анализу (Дмитриев, 1995). Для статистического анализа отобраны следующие климатические признаки: средняя годовая температура, годовая амплитуда температур, средние температуры января и июля, ΣТ10, количество осадков: среднегодовое, за вегетационный период (апрель-октябрь), зимнее и летнее (Справочник по климату …, 1968), индексы континентальности (ИК) Ценкера, Хромова, Горчинского и Конрада, коэффициенты увлажнения (КУ) по Мезенцеву и Высоцкому, индексы аридности (ИА) де Мартонна, Емберже и Стенца (Григорьев, 1964; Дажо, 1975; Хромов, 2001; Хрусталев, 2002; Eds Oliver , 1987). Коэффициенты и индексы рассчитывались по формулам: Индекс аридности Емберже: Ia=(M+m)×(M-m)/100P, где М- средняя максимальная температура июля, m - средняя минимальная температура января, Р- годовое количество осадков (в мм) Индекс аридности Де Мартонна: Ia=P/(T+10), где Р- годовое количество осадков, Т- среднегодовая температура Индекс аридности Стенца: Ia= Е/R, где R- годовое количество осадков, Е- испаряемость Индекс континентальности по Горчинскому: К=1,74А/sinφ, где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности Индекс континентальности по Хромову: К=(А-5,4×sinφ)/А, где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности Индекс континентальности по Ценкеру: К=(А/φ)×100, где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности Индекс континентальности по Конраду: К=1,7*А/sin(φ+10)-14, где А- годовая амплитуда температуры, φ- широта местности Коэффициент увлажнения Мезенцева: К=R/(0,2×Т10-306), где R-годовое количество осадков, Т10-сумма активных температур выше 10˚С Коэффициент увлажнения Высоцкого: К=R/Е, где R- годовое количество осадков, Е- испаряемость Годовая испаряемость напрямую зависит от средней июльской температуры и рассчитывается по формуле: Е = 1384-161,6 tиюля + 6,245 t²июля (Коломыц, 2003). 43 5. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ При выявлении влияния климата на биологические особенности почв юга России были выбраны две трансекты, с наиболее резко меняющимися климатическими условиями. Первая трансекта протянута от г. Ростова-на-Дону до г. Астрахани (750 км). На протяжении трансекты происходит смена природных зон: степи - сухие степи - полупустыни (рис.1). Вторая трансекта пролегает от ст. Вешенской (Ростовская обл.) до пос. Гузерипль (Адыгея) (650 км): степи – луговые степи – лесостепи – широколиственные леса – хвойные леса – высокогорные луга. Объектами исследований являются зональные и азональные почвы, расположенные на исследуемых трансектах. Рис.5. Географическое расположение исследуемых участков 44 5.1. ШИРОТНАЯ ТРАНСЕКТА Исследования по восточной трансекте проведены в августе 2007 и 2009г. в Ростовской и Астраханской областях и Республике Калмыкия. Трансекта общим направлением запад-восток, на протяжении которой в значительной мере изменяются климат, ландшафты и почвенный покров, пролегала вдоль трассы г. Ростов-на-Дону – г. Астрахань (табл.3). Исследуемая территория расположена примерно на одной широте, поэтому получает одинаковое количество солнечной энергии. Изменение природных зон с настоящей степной на сухостепную и далее на восток до опустыненных степей и полупустынь происходит в результате изменения континентальности климата (Агроклиматические ресурсы…, 1972; Батова, 1966; Хрусталев, 2002). Соответственно изменяется и почвенный покров от черноземов до каштановых и бурых полупустынных почв (Вальков, 2004). Изменение природных зон происходит в результате снижения среднегодового количества осадков, с чем связано изменение континентальности климата. При передвижении на восток региона наблюдается резкое снижение среднегодового количества осадков (от 495 мм/год в г. Ростове-на-Дону до 160 мм/год в г. Астрахань), увеличение среднегодовой температуры. Максимальная амплитуда температур на юге России отмечена для территории бурых полупустынных почв. Для аридной зоны юга России, несмотря на увеличение температуры воздуха и количества выпадающих осадков, в последние 10-15 лет такие интегральные показатели климатических условий, как гидротермический коэффициент и коэффициент увлажнения, остаются в пределах, характерных для полупустынь и сухих степей (Братков, 2008). Это район сухих степей и полупустынь представлен каштановыми и бурыми полупустынными почвами. Исследуемая территория отнесена П.П. Кречетовым и О.В. Чернецовой (2007) на карте эколого-педотермического районирования Восточно-Европейской равнины к группе глубоко-прогреваемых очень теплых почв степной зоны и подзоны северных пустынь. Почвы исследуемой территории подробно описаны в работах В.В. Акимцева (1957), Т.И. Бакиновой с соавторами (1999), В.Ф. Валькова с соавторами (1999), Л.П. Будиной (1974), Т.И. 45 Евдокимовой (1958). Однако биологические свойства почв аридной зоны практически не освещены. Также слабо изучено влияние климатических факторов на биоту и биологическую активность почв, в отличие от растительности и животных. На исследуемой территории изменяется почвенный покров от черноземов обыкновенных (г. Ростов-на-Дону) до каштановых (пос. Зимовники, с. Ремонтное, г. Элиста) и бурых полупустынных (пос. Яшкуль, с. Хулхута, г. Астрахань) почв (Классификация…, 1977). Характеристика исследуемых почв приведена по работам профессоров кафедры экологии и природопользования В.Ф. Валькова с соавторами (2002, 2008) и К.Ш. Казеева с соавторами (2010). Таблица 3 Географические координаты и климатические показатели исследуемых зональных почв восточной трансекты (по Справочнику по климату…, 1966,1968; Панов и др., 2006) Населенный пункт, угодье Почва с.ш. Географические координаты в.д. Высота, м Среднегодовое количество осадков, мм Среднегодовое количество осадков за вегетационный период, мм Количество осадков за лето, мм Среднегодовое количество за зиму, мм Среднегодовая температура, °C Температура июля, °C ∑Т10 Температура января, °C Среднегодовая амплитуда температур, °C Испаряемость Коэффициент увлажнения Мезенцева Коэффициент увлажнения Высоцкого Индекс аридности Емберже Индекс аридности Стенца Индекс аридности де Мартонна Индекс континентальности Ценкера Индекс континентальности Хромова Индекс континентальности Горчинского Индекс континентальности Конрада г. Ростов-наДону, залежь Чернозем обыкновенный 47°08′554′′ 42°30′750′′ 50 495 п. Зимовники, залежь с. Ремонтное, залежь г. Элиста, залежь п. Яшкуль, пастбище 47º08′554′′ 42º30′750′′ 85 379 46°32′279′′ 43°37′862′′ 135 322 46°18′152′′ 44°27′316′′ 102 315 46°10′899′ 45°17′191′′ -4 243 46°19′420′′ 46°15′672′′ -12 221 46°15′899′′ 47°49′100′′ -17 160 308 248 217 211 166 145 100 155 114 8,6 23 3250 -5,9 28,6 971 0,5 1,4 3805 2,0 26,6 60,6 0,86 67,8 43,8 125 80 10,1 23,5 3295 -6,7 30,2 1035 0,4 1,1 3116 2,7 19 64 0,87 71,8 47,2 112 64 11,3 23,6 3242 -6,6 30,2 1048 0,3 0,9 2772 3,3 15,3 65,2 0,87 73,1 47,9 108 63 10,4 24,2 3362 -6,7 30,9 1131 0,3 0,9 2 698 3,6 15,8 66,9 0,87 74,7 49,4 86 45 11,6 25,1 3514 -6,2 31,3 1262 0,2 0,6 2370 5,2 11,6 67,9 0,88 75,7 50,2 68 46 11,8 25,5 3572 -6,7 32,2 1324 0,2 0,5 2 124 6,0 10,5 69,7 0,88 77,9 52,0 43 36 12,1 25 3501 -6,9 31,9 1247 0,1 0,4 1368 7,8 7,3 69,1 0,88 77,2 51,4 Каштановая с. Хулхута, пастбище г. Астрахань, залежь Бурая полупустынная 5.1.1. Черноземы обыкновенные Черноземы обыкновенные карбонатные, занимают обширные равнины Азово-Кубанской низменности в пределах Краснодарского края и южной части Ростовской области с количеством выпадающих осадков 400-500 мм. Черноземы обыкновенные карбонатные миграционно-мицелярные – уникальны и за пределами Юга России могут наблюдаться только в Молдавии. Образцы почвы были отобраны на залежи в ботаническом саду г. Ростова-на-Дону. Высота травянистого покрова достигала 40 см, проективное покрытие 60-70 % (рис.6). Поверхность почвы полностью покрыта ветошью. Наличие карбонатов в профиле наблюдается с 10 см, с 30 см начинается бурное кипение почвы. На момент отбора образцов верхний горизонт почвы сухой, влажность горизонта Ад составляет 10,5%, глубиной влажность почвы увеличивается. Зернисто-мелкокомковатая и комковатая оструктуренность гумусово- аккумулятивного горизонта. Рыхлое и слабоуплотненное экологически оптимальное сложение профиля: плотность горизонта А 0,9 г/см3. Тяжелосуглинистый гранулометрический состав (табл.4). Таблица 4 Описание профиля чернозема обыкновенного, ботанического сада ЮФУ Ад(0-10) А (10-30) АВ (30-70) Вca(90-110) Сухой, тяжелосуглинистый, светло-серый, густокорешковат, рыхлый, мелкокомковатый. Сухой, суглинистый, темнее предыдущего, комковатый, плотноват, , корней меньше Серо-бурый, свежий, плотный, суглинистый, комковатый Влажный, рыже-бурый с мелкими вкраплениями карбонатов, рыхлый Высокие запасы гумуса (около 500 т/га) при малой гумусности горизонта А (3,5-4,5 %), и сверхмощном гумусовом профиле (140-150 см). Высокая потенциальная обеспеченность соединениями азота, фосфора и калия при богатстве зольными элементами. Значение рН в горизонте А 7,0-8,0, в горизонте АВ 48 и ССа – 8,0-8,5. Типична бикарбонатно-кальциевая природа повышенной щелочности. ЕКО около 40-45 мг-экв./100 г, соотношение Са2+ : Мg2+ = 5:1. Насыщенность 100 %. Отсутствие дифференциации по генетическим горизонтам компонентов алюмосиликатного состава почвенной массы. Рис.6. Внешний вид Персиановской степи и профиль чернозема обыкновенного Для этих почв характерна высокая биологическая активность по всему почвенному профилю и даже в почвообразующей породе. Следы землероющих животных в виде кротовин и червороин наблюдаются до глубины 220-250 см. Во влажной почве отмечается обилие мезофауны. 5.1.2. Каштановые почвы На Юге России каштановые почвы в основном относятся к восточноевропейской фации. В основном распространены в Волгоградской области, в Калмыкии, на юго-востоке Ростовской области (рис.7). Также встречаются в Дагестане, Чечне, Кабардино-Балкарии. Каштановые почвы формируются в су- 49 хом климате с теплым летом и холодной зимой. Средняя годовая температура воздуха около 9оС. Сумма температур выше 10оС составляет 3300-3500оС. Коэффициент увлажнения составляет около 0,30. В растительном покрове преобладают полынно-типчаковые и полынно-типчаково-ковыльные степи. Почвенные образцы отобраны на пастбища в с. Ремонтное и залежи п. Зимовники. На участках преобладала полынно-злаковая растительность высотой до 80 см. Каштановые почвы обладают малой гумусностью гуматно-фульватного типа с мощностью гумусового горизонта не более 40-50 см, слабая выщелоченность от легко растворимых солей с формированием иллювиального карбонатно-дессуктивного горизонта и горизонта и гипса и легкорастворимых солей. Рис.7. Внешний вид степи в окрестностях села Ремонтного и профиль каштановой почвы, Тяжелосуглинистый гранулометрический состав при отсутствии явлений солонцеватости создает рыхлое сложение горизонта А (плотность 1,20 г/см3). Однако оструктуренность порошисто-комковатая, не типично дерновая. Горизонт АВ как ксерометаморфический несколько уплотнен и с крупнокомковатой и даже глыбистой структурой, однако плотность не достигает кри- 50 тических величин (1,45-1,50 г/см3). Профиль отличается хорошей водопроницаемостью и водовместимостью при глубине промачивания 1,5-2,0 м (табл.5). Таблица 5 Описание профиля каштановой почвы, с. Ремонтное Ад(0-10) АВ (10-30) В (30-70) Сухой, тяжелосуглинистый, светло-каштановый, густокорешковат, рыхлый, порошистый. Сухой, тяжелосуглинистый, каштановый, мелкокомковатый, плотноват, корней меньше Свежий, плотный, тяжелосуглинистый, комковатый Каштановые почвы малогумусные с содержанием органического вещества в горизонте А около 3,0% со среднемощным и мощным профилем, до 6080 см, но всегда с преобладанием коричневых тонов при фульватно-гуматном гумусе (Сгк:Сфк более 1,0). В профиле почвы всегда присутствует CaCO3. Вскипание от HCl наблюдается с глубины 40 см. Карбонатность профиля определяется в первую очередь смектитовыми минералами имеют величины 23-27 мг-экв./100 г. При количестве Na+ до 5%. Типична склонность к появлению солонцеватых родов почв. Молярные отношения SiO2:R2O3 6,6-7,5, что отражает сиаллитный характер почвенной массы. 5.1.3. Бурые полупустынные почвы На территории России природные экологические системы полупустынь или пустынных степей присутствуют только в южном Поволжье и входят в основном в состав территории Южного федерального округа (рис.8). Эти почвы типичны для Астраханской области, южных районов Калмыкии и представляют самый сухой вариант почвообразования в России, граничащий с пустынями суббореального пояса (серо-бурые пустынные почвы). Характерны биоклиматические показатели: сильная континентальность, умеренно-мягкая и умеренно-холодная зима (–5…–15оС), сумма активных температур выше +10 от 3300 51 до 4100ºС, промерзание почвы до глубины менее 0,5 м, количество осадков 150-200 мм, коэффициент увлажнения 0,12-0,33. Рис.8. Полупустынный ландшафт Прикаспийской низменности и профиль бурой полупустынной почвы Основные черты диагностики: низкая продолжительность биологически активного периода почвообразования из-за длительных засухи и морозной зимы, малая мощность гумусовой толщи при слабой гумификации, крайне слабая выщелоченность от карбонатов и солей при неглубоком среднегодовом промачивании почвенной толщи, слабощелочные условия почвенной среды. Для зоны бурых полупустынных почв типично варьирование гранулометрического состава в структуре почвенного, как результат древне-водного происхождения рельефа Прикаспийской низменности. Природные свойства бурых полупустынных почв отличаются экологической оптимальностью для естественных биоценозов, несмотря на кажущуюся бесструктурность (непрочно-комковато-пылеватое слоистое сложение горизонта А) и некоторая дисперсность часто солонцеватой природы горизонта В (плотность 1,40-1,45 г/см3). Почва полностью впитывает выпадающие осадки, 52 но естественное влагонакопление ограничивается мощностью не более 60-70 см. Дефицит влаги предопределяет биоценотическую продуктивность, практическую невозможность использования почв в агрокультуре. Широко разнообразие бурых полупустынных почв по гранулометрическому составу, от супесчаных до легкоглинистых (табл.6). Таблица 6 Описание профиля бурой полупустынной почвы, г. Элиста Ад(0-10) АВ (10-30) В (30-70) Сухой, тяжелосуглинистый, светло-каштановый, густокорешковат, рыхлый, порошистый. Сухой, тяжелосуглинистый, каштановый, мелкокомковатый, плотноват, корней меньше Свежий, плотный, тяжелосуглинистый, комковатый Малая гумусность профиля. В горизонте А типичны значения 1-2% гумуса. Характерна прямая корреляция с гранулометрическим составом. Запасы гумуса невелики, менее 70 т/га. Реакция среды слабо и среднещелочная, pH в пределах 4,5-8,5. Щелочность обуславливается бикарбонатом кальция. Содовое засоление исключается. Карбонатность профиля с поверхности почвы или с горизонта В – явление типичное. Наблюдается карбонатно-дессуктивное накопление CaCO3 с 35 до 100 см. В нижней части профиля наблюдаются или по данным анализа водной вытяжки или морфологически скопления солей и гипса. Плотный остаток на глубине 110-130 см 0,20-0,45%. Засоление сульфатное или хлоридно-сульфатное. Низкая поглотительная способность, определяемая малой гумусностью почв и малым содержанием смектитовых минералов, составляет всего 8-10 мгэкв./100 г. Помимо Ca2+ и Mg2+ постоянно присутствует Na+ в количестве 3-6 мг-экв. Хотя типичные солонцы – явление не столь частое, как среди сухих степей с каштановыми почвами. Алюмосиликатные компоненты валового состава очень слабо дифференцированы по генетическим горизонтам. Влага определяет биологическую активность почвенной массы. Типичны длительные периоды летнего сухого покоя и зимнего мерзлотного. Роющие 53 почвообитающие животные находят возможность для активной жизнедеятельности. Полупустынная растительность пока еще обеспечивает пока еще единственные в России стада сайгаков, а Черноземные земли Калмыкии – уникальные бесснежные зимние пастбища для овцеводства. 5.2. МЕРИДИОНАЛЬНАЯ ТРАНСЕКТА В 2010, 2012 годах изучена меридиональная трансекта, общим направлением север-юг, на протяжении которой вследствие теневого эффекта гор Кавказа значительно изменяется климат. При передвижении с севера на юг он становится более гумидным, с увеличением высоты над уровнем моря среднегодовое количество осадков увеличивается в несколько раз, а среднегодовая температура снижается по сравнению с предгорными районами (табл.7). При передвижении на юг снижается среднегодовая амплитуда температур. Степные равнинные ландшафты заменяются лесостепью, а затем и горными лесами и лугами. Мощные черноземы заменяются маломощные горными лесными почвами (рис.9). На исследуемой трансекте изучены черноземы южные (пос. Октябрьский, х. Кружилинский, г. Кашары, г. Каменск-Шахтинский), черноземы обыкновенные (г. Ростов-на-Дону, с. Степное), черноземы типичные (ст. Березанская), черноземы выщелоченные (ст. Кирпильская), черноземы слитые (г. Белореченск), серые лесостепные (г. Майкоп), серые лесные (ст. Даховская), темно-серые лесные (с. Хамышки), бурые лесные (пос. Гузерипль) и луговые субальпийские на плато Абаго. Зональные почвы, пересекаемые исследуемой трансектой, подробно описаны в ряде работ (Вальков и др., 2008; Вальков, 2006; Казеев и др., 2004; Казеев и др., 2010; Безуглова, Хырхырова, 2008). Среди азональных почв, на исследуемой трансекте изучены рендзины выщелоченные (Партизанская поляна, Республика. Адыгея) и серопески (ст. Вешенская). 54 2.0 1.5 1.0 Октябрьский Кружилинский Кашары Каменск Степное Березанская Ростов-на-Дону -1.0 Кирпильская Белореченск Майкоп Даховская Хамышки -0.5 Гузерипль 0.0 Абаго 0.5 -1.5 Высота над уровнем моря, км Мощность А+АВ, м Рис.9. Изменение высоты местности (км) исследуемых пунктов и мощности (м) гумусовых горизонтов А+АВ зональных почв 5.2.1. Серопески Встречаются в подзонах распространения черноземных почв на песчаных отложениях разного генезиса и в отличие от развеваемых и слабозатронутых почвообразованием песков и супесей являются квазиравновесными почвенными образованиями. Чаще всего серопески зонально приурочены к обыкновенным и южным черноземам и географически относятся к интразональным почвам. Встречаются в Ростовской области, как серопески, и как черноземы южные и обыкновенные песчаные и супесчаные в Волгоградской области (рис.10). Таблица 7 Географические координаты и климатические показатели исследуемых зональных почв восточной трансекты (по Справочнику по климату…, 1966,1968) Населенный пункт Октябрьский Почва с.ш. Географические координаты в.д. Высота Осадки, год Осадки, вег, период Осадки, лето осадки, зима Ср.год. Темп-ра Т.июля Т.янв Амплитуда темп ∑Т10 Испаряемость ИА Стенца ИА Де Мартона ИА Емберже ИК по Ценкеру КУ Мезенцева КУ Высоцкого КУ Иванова ИК Хромов ИК Горчинский ИК Конрад Кружилинский Кашары Каменск 49°25′ 41°40′ 203 442 279 142 100 7,2 22 -8 30,4 851 1,9 26 62 0,5 52 0,87 70 46 49°01′ 40°49′ 157 461 290 146 106 7,4 30,1 26 61 0,86 69 46 Степное чернозем обыкновенный Чернозем южный 49°35′ 41°41′ 491 444 289 149 139 6,9 22,6 -8,8 31,4 922 2,1 26 3144 63 0,5 48 0,87 72 48 Ростовна-Дону 48°16′ 40°17′ 106 414 263 134 92 8,2 23 -6,6 29,6 971 2,3 23 3238 61 0,4 43 0,86 69 45 47°08′ 42°30′ 50 495 308 155 114 8,6 23 -5,9 28,6 3250 971 2 27 3805 61 1,4 0,5 51 0,86 68 44 47°30′ 40°09′ 54 479 291 152 115 9,3 23 -4,4 27,4 3322 971 2 25 3970 59 1,3 0,5 49 0,86 66 42 Березанская чернозем типичный 45º41′ 39º37′ 37 556 329 163 134 10,2 23,1 -3,3 26,4 3489 983 1,8 28 4486 58 1,4 0,6 57 0,85 64 40 Кирпильская чернозем выщелоченный 45º22′ 39º42′ 57 637 375 180 158 10,6 23 -2,4 25,4 3568 971 1,5 31 5471 56 1,6 0,7 66 0,85 62 38 Белореченск чернозем слитой 44º45′ 39º55′ 157 713 428 192 170 10,3 22,5 -2,4 24,9 3475 910 1,3 35 5810 56 1,8 0,8 78 0,85 62 38 Майкоп серая лесостепная 44º07′ 40º07′ 289 702 453 212 140 10,5 22,1 -1,7 23,8 863 1,2 34 5482 54 2,2 0,8 81 0,84 59 36 Даховская серая лесная 44º12′ 40º11′ 502 738 492 192 170 9 19,6 -2 21,6 2859 616 0,8 39 4851 49 2,8 1,2 120 0,83 54 31 Хамышки темносерая лесная 44º07′ 40º07′ 607 941 580 259 217 7,1 18,7 -1,5 20,2 2712 546 0,6 55 5767 46 4 1,7 172 0,81 50 28 Гузерипль бурая лесная 44º01′ 40º09′ 689 1132 646 278 291 8,2 18,2 -2,2 20,4 2510 511 0,5 62 6853 46 5,8 2,2 221 0,82 51 29 Пасбище Абаго луговая субальпийская 43º56′ 40º14′ 1865 1795 902 351 559 9,8 19,3 -0,1 19,4 2963 591 0,3 91 10968 44 5,8 3 304 0,81 49 27 56 Рис.10. Внешний вид степи, ст. Вешенская. Профиль серопесок. Разрез заложен на целинном участке в 9 км на восток от ст. Вешенской. На участке преобладает разнотравно-злаковая растительность, встречаются сорные растения. На поверхности почвы много ветоши и мха. Проективное покрытие растительности 40-50%. Таблица 8 Описание профиля серопесок, ст. Вешенская Ад (0-10) А (10-30) С (30-40) Влажный, серый, густокорешковатый, супесчаный, рыхлый, не кипит Очень плотный, серый, корней мало, бесструктурный, переход по цвету резкий, не кипит. Буровато-желтый, плотный, супесчаный, затеки гумусовые, темные, не кипит Главные черты диагностики: легкий гранулометрический состав, очень слабая гумусированность, неоформленность генетических горизонтов бескарбонатность по всему профилю и глубокая выщелоченность от легкорастворимых солей и карбонатов, нейтральная и слабокислая реакция среды, экологическая оптимальность для соснового леса (табл. 8). Глубокие горизонты серопесков (более 200 см) отличаются выделением гидроморфных форм окислов железа. 57 Типично рыхлое песчаное сыпучее строение, провальная водопроницаемость, обеспечивающая элювирование легкорастворимых солей, отсутствие водоупорных горизонтов. Содержание физической глины около 10% без генетической дифференциации по горизонтам. Высокая способность аккумулировать парообразную влагу, переводя ее в жидко-капельную в глубоких слоях в теплые периоды года. Алюмосиликатный полевошпатовый состав песков и супесей. Глубокая выщелоченность от легкорастворимых солей, гипса и карбонатов (глубже 3-4 м) нейтральная и слабокислая реакция среды с варьированием от 5,6, около лесной подстилки, до 7,1 в гумусово-аккумулятивном горизонте А и 6,1-6,5 в элювиальных нижних горизонтах профиля. Низкая поглотительная способность: ЕКО 5-8 мг-экв./100 г при насыщенности основаниями 90-95%. Слабая гумусированность 1,8-2,0% в горизонте А и около 0,2-0,4% в горизонтах АВ и С при гуматно-фульватном составе гумуса. Крайняя обедненность валовыми и доступными растениям формами элементов питания. 5.2.2. Черноземы южные Черноземы южные в Южном федеральном округе встречаются в Ростовской и Волгоградской областях. В Волгоградской области они расположены на северо-западе. Главная территория Ростовской области занята черноземами южными (рис.11). Разрезы заложены на четырех участках в окрестностях поселков Кружилинского и Октябрьского, а также городов Кашары и Каменск-Шахтинского. На участках преобладает разнотравно-злаковая растительность высотой до 50 см. Проективное покрытие изменяется от 40% до 80%. На всех участках почва покрыта ветошью. Содержание SiO2, TiO2, R2O3 в основном мало изменяется по профилю. Это подтверждается и характером молекулярных отношений, которые в гумусовом горизонте близки (SiO2: R2О3 – 6,3-6,7); в почвообразующей породе С и особенно в подстилающей они выше вследствие смены пород с глубины более 58 240 см. Содержание физической глины в горизонте А в глинистых разновидностях 67-72% (в том числе илистой фракции 38-40%), в тяжелосуглинистых 52-53% (в том числе ила 33-34%). Количество крупной пыли (лессовидной фракции) составляет в глинистых разновидностях в тяжелосуглинистых 23 — 24%. По профилю гранулометрический состав изменяется незначительно. Количество физической глины в тяжелосуглинистых почвах составляет 53-56%, в среднесуглинистых - 37-45%, в легкосуглинистых - 20-30%. Оптимальный водно-воздушный режим при высокой водоудерживающей способности (полевая влагоемкость 35-45%) обеспечивается хорошей водопроницаемостью почвенных горизонтов, почвообразующей породы, а также известняков и мергелей (табл. 9). Таблица 9 Описание профиля чернозема южного, г. Кашары Ад (0-15) А (15-30) В (30-50) ВС (50-60) Влажный, темно-серый, комковато-зернистый, уплотнен, тяжелосуглинистый, трещиноват, густокорешковат, переход постепенный по корням. Не кипит. Свежий, темно-серый, тяжелосуглинистый, плотный, трещиноватый, корни, комковатый переход по цвету. Не кипит. Свежий, буровато-темно-серый, тяжелосуглинистый, единичные корни, неоднородный, комковатоореховатый, кипит Серовато-бурый, свежий, плотный, комковатый, тяжелосуглинистый, единичные корни, белоглазка. Кипит. 59 Рис11. Внешний вид степи, г. Кашары. Профиль чернозема обыкновенного. Количество гумуса у черноземов южных в пахотном слое 4–5 % (в западной части подзоны 4,0–4,5 %, в северной 4,5–5,5 %, в восточной 3,5–4,0 %). Емкость поглощения в верхних горизонтах довольно высокая, около 40 мг-экв. на 100 г почвы. В составе поглощенных оснований преобладает кальций, на долю которого приходится 80—90%, магния содержится 10—15%, и в небольших количествах (1,0—2,5%) присутствует натрий. Высокая потенциальная обеспеченность профиля элементами питания растений. Вредные для растений легкорастворимые соли вымыты. Самостоятельных солевых горизонтов на южных черноземах они не образуют, а сопутствуют новообразованиям гипса, и основная масса их находится в сульфатном горизонте. Тип засоления в этом горизонте, преимущественно, сульфатный и очень редко (у небольшой части карбонатных почв) хлоридно-сульфатный. Степень засоления преимущественно средняя и сильная, величина плотного остатка (сумма солей) колеблется от 0,5 до 1,2%. 5.2.3.Черноземы выщелоченные Предгорные равнины Северного Кавказа с количеством выпадающих осадков 500-650 мм – единственное место в России распространения выщело- 60 ченных черноземов южно-европейского варианта. За пределами близкие по свойствам черноземы встречаются в Молдавии. Основные диагностические признаки: сверхмощная гумусо- аккумулятивная толща профиля, достигающая 180 см, при малой гумусированности (4,0-5,0 %) в горизонте А (рис.12). Характерны глубокая выщелоченность от карбонатов, но не выходящая за пределы гумусовых горизонтов. Отличие от черноземов выщелоченных восточно-европейской фации – отсутствие элювиально-иллювиальной дифференциации профиля в отношении алюмосиликатной массы почвы, т.е. по гранулометрическому и валовому составу, а также безгумусового и бескарбонатного горизонта В. Зернисто-мелкокомковатая и комковатая оструктуренность гумусовоаккумулятивного горизонта почти без порошистых и глыбистых фракций. Рыхлое и слабоуплотненное сложение профиля (плотность не превышает 1,45 г/см 3 в горизонте АВ2. Рис.12. Пастбище ст. Кирпильской и профиль чернозема выщелоченного 61 Благоприятная порозность (45-55 %), хорошая водопроницаемость, отсутствие явлений переувлажнения. Однако, при избыточном увлажнении типична склонность к слитогенезу. К применению орошения затоплением чернозем не рекомендуется. Тяжелосуглинистый и легкоглинистый гранулометрический состав. Высокие запасы гумуса (около 550-650 т/га) при малой гумусности горизонта А (4,0-4,5 %), и сверхмощном гумусовом профиле (150-180 см). Высокая потенциальная обеспеченность соединениями азота, фосфора и калия при богатстве зольными элементами. Нейтральная и слабокислая реакция почвенной среды в горизонте А (6,57,0), нейтральная в горизонте АВ (7,0-7,5). Насыщенность основаниями в горизонте А 95-98%. Имеется тенденцию к подкислению пахотного горизонта при не рациональном применении удобрений. ЕКО 40,0-45,0 мг-экв./100г. Отсутствие дифференциации по генетическим горизонтам алюмосиликатного состава почвенной массы. Высокая и глубоко проникающая в толщу почвы и почвообразующей породы биологическая активность. Следы землероющих животных наблюдаются до глубины 300 см. Богатство мезофауны. 5.2.4. Черноземы слитые В России встречаются только в Краснодарском и Ставропольском краях, в предгорной лесостепи. Отмечены в Балканских странах (Молдавия, Румыния, Болгария и др.), однако широкое глобальное распространение установлено в субтропических и тропических гумидно-аридных условиях Евразии, Африки, Австралии, Южной Америки. Основные диагностические признаки: мощный слитогенетический гумусовый профиль черного цвета с малым содержанием органического вещества и с обилием набухающих смектитовых минералов (рис.13). 62 Рис.13. Белореченский лесхоз. Профиль чернозема слитого Таблица 10 Описание профиля чернозема слитого, Белореченский лесхоз А (0-20) Свежий, темно-серый, хорошо оструктурен,комковатый, зернистый, густокорешковатый, глинистый, рыхлый, переход по количеству корней. А (20-40) Светлый, темно-серый, уплотнен, глинистый, мелкокомковатая структура, переход по цвету и плотности. АВ (40-55) Свежий, буровато-серый, глинистый, плотный, глыбистый, корней значительно меньше. Главное экологическое и генетическое свойство, определяемое слитым горизонтом Всл – высокая способность к набуханию и усадке часто меняющее объем почвенной массы до 30%. В этой связи для слитого горизонта характерна ультравысокая твердость в сухом состоянии (1,95–2,00 г/см3) и нормальная влажность (1,45 г/см3). Влажная почвенная масса высокопластичная, вязка, бесструктурна, сухая же – крупноглыбистая, распадающаяся по глубоким трещинам на крупные блоки. Типично высокое содержание труднодоступной для растений влаги: коэффициент завядания приближается к двойной максимальной 63 гигроскопичности. Характерна низкая водопроницаемость, вызывающая застой влаги во влажные периоды. Характерен только глинистый в разной степени гранулометрический состав. Оптимальные экологические характеристики свойственны только горизонту А: рыхлость и дерновая оструктуренность (табл. 10). Высокие запасы гумуса (около 450-500 т/га) при малой гумусности (4,04,2%) горизонта А, фульватно-гуматный и гуматно-фульватный гумус. Значения рН в горизонте А 6,2-6,4, в горизонте Всл 6,0-6,8, в ВСа 7,0-7,5. ЕКО 36,640,5 мг-экв./100 г при насыщенности Са+Mg 95%. Отсутствие дифференциации по генетическим горизонтам компонентов алюмосиликатного состава почвенной массы, SiO2:R2O3 = 5,5-6,5. 5.2.5. Серые лесные почвы Серые лесные почвы Кавказа относятся к южно-европейской фации. Главное экологическое отличие их от серых лесных почв других регионов состоит в том, что они не промерзают в течение всего года. Особенностью серых лесных почв Юга России является их особое положение в системе почвенной зональности. На русской равнине серые лесные почвы граничат в более холодных условиях с дерново-подзолистыми почвами и в теплых - с черноземами. На Северном Кавказа серые лесные почвы контактируют с обширной зоной бурых лесных почв и с зоной лесостепи с различными подтипами слитых почв. Не наблюдается сплошной полосы серых лесных почв, они встречаются как отдельные участки, перемежающиеся с другими почвами (рис.14). 64 Рис.14 Лес, ст. Даховская, профиль серой лесной почвы Серые лесные почвы распространены в области предгорий и гор на высоте 350-750 м над уровнем моря. Сформировались они в условиях расчлененного рельефа на склонах разной крутизны и экспозиции под дубовыми лесами с примесью граба, клена, вяза, ясеня, бука, дикоплодовых. В подлеске часто встречаются боярышник, лещина, кизил, азалия, ежевика. Травянистый покров представлен разнотравно-луговой растительностью. Разрез заложен в буково-грабовом лесу. Почва покрыта ветками, листвой и мхом. Травянистая растительность редкая. Таблица 11 Описание профиля серой лесной почвы, ст. Даховская А (0-20) Свежий, темно-серый, корешковатая, порошистая, тяжелый суглинок. АВ (10-30) Буровато-серый, тяжелый суглинок, корни растений,плотный, переход постепенный по цвету. В (30-50) Ореховато-призматический, плотный, серовато-темно-бурый, влажный, суглинок, единичные корни, трещиноват. 65 Главные черты диагностики: бескарбонатность, глубокая промытость профиля, слабокислая реакция среды, отсутствие четкой элювиально- иллювиальной дифференциации профиля не выраженность карбонатного горизонта ССа, серые тона в окраске профиля, даже в текстурно-иллювиальном горизонте В (табл. 11). Рыхлое сложение верхних горизонтов профиля почвы, плотность 1,11,2 г/см3. Максимум уплотнения приходится на материнскую породу: 1,501,55 г/см3. Плотность определяет оптимальное развитие корней в верхней части профиля и практическую водонепроницаемость горизонта С. Типична высокая порозность горизонта А1+А1В: 50-59% и низкая горизонта С – 39-44%. Высокая фильтрационная способность верхних горизонтов способствует хорошему поглощению атмосферных осадков и переводу их в боковой внутрипочвенный боковой сток из-за низкой водопроницаемости материнской породы. Физические характеристики почвы отвечают типично лесному типу строения профиля, оптимизируемого травянистой растительность. Гранулометрический состав в верхних горизонтах суглинистый, нижняя часть профиля тяжелосуглинистая и глинистая. Характерна слабокислая реакция среды профиля почвы (pH 5,5-6,0) при емкости поглощения около 20 мг-экв./100 г и насыщенности основаниями 7095%. Полная бескарбонатность профиля и глубокая выщелоченность от растворимых солей. Гумусообразование и гумусонакопление приурочено к горизонту А1 (3,0-7,5%). При распашке почв происходит резкая дегумификация. Состав гумуса гуматно-фульватный, Сгк:Сфк составляет 0,5-0,8. Преобладают темноокрашенные гуминовые кислоты без бурых тонов. Запасы гумуса 100-230 т/га. Типичен сиаллитный состав минеральной части: SiO2:R2O3 5,5-8,0. Характерно обилие почвенной фауны в лесной подстилке и дерновогумусовом горизонте. Гумификация и минерализация органических остатков осуществляется микромицетами. Экологически почвы благоприятны для дикорастущих плодовых деревьев. 66 5.2.6. Бурые лесные почвы Северный Кавказ – обширные пространства распространения бурых лесных почв в их многообразном подтиповом представлении: слабоненасыщенные, кислые, оподзоленные, лессовидные, глеевые и др. Близкие аналоги находятся в Карпатах и горах Крыма. На равнинных пространствах Юга России бурые лесные почвы не встречаются. По климатическим условиям бурые лесные почвы относятся к теплой северокавказской и влажно-теплой закавказской фациям с суммой температур более 10 оС в пределах 2500-3200 с количеством осадков, обеспечивающим глубокое промачивание профиля почвы и почвообразующей породы при промывном водном режиме (650-1200 мм). Основные типы лесов буково-грабовые, елово-пихтовые и в более теплых условиях каштаново-буковые. Основные черты диагностики: глубокая промытость при слабокислой и кислой реакции среды, слабая выраженность гумусового профиля при гуматнофульватном гумусе, железисто-бурые тона в окраске при формировании на глинисто-суглинистых породах и темноцветность на элювио-делювии сланцев и базальтов (рис.15). Рыхлое сложение верхних горизонтов А1+А1Bt (1,10+1,30 г/см3). Плотность возрастает к материнской породе до 1,60-1,65 г/см3, делая ее практически водопроницаемой. В профиль почвы определяет экологически благоприятные условия для поверхностного развития корневых систем деревьев. Высокая фильтрационная способность почвенных горизонтов способствует хорошему поглощению атмосферных осадков и переводу их во внутрипочвенный склоновый сток. Поэтому в горных условиях иллювиальные явления ослаблены и для профиля почвы характерна элювиально-текстурная дифференциация, т.е. вынос веществ из верхних горизонтов без их накопления в нижних. Скважность горизонтов А1 и АВ – 57-59%, горизонтов Bt и С 40,240,3%. 67 Рис.15. Лес, пос. Гузерипль, профиль бурой лесной почвы, Кислая слабокислая реакция среды pH 5,0-6,5. ЕКО в горизонте А1 20,022,0, в горизонте Bt 8-10 мг-экв./100 г. Насыщенность основаниями Ca + Mg 7085%. Полная бескарбонатность профиля и глубокая выщелоченность легкорастворимых солей. Резкая дифференциация горизонтов по содержанию гумуса. Его повышенная концентрация наблюдается в горизонте А1А0 (10–12%) и в горизонте А1 (4–5%), содержание в горизонте АBt составляет 3–4%. Гумусовый профиль 30– 40 см. Гумус гуматно-фульватный, Сгк : Сфк 0,2-0,7. Характерно господство бурых и желтых гуминовых веществ, связанных с полуторными окислами. Общие запасы гумуса 100–150 т/га. При сельскохозяйственном использовании происходит резкая дегумификация. Характерно обилие почвенной фауны в лесной подстилке и прилегающем гумусовом горизонте А1. Типична гумуфикация и минерализация органических остатков микробно-грибного характера. Весь профиль почвы активно и экологически оптимально используется корневыми системами деревьев. 68 Бурые лесные почвы представляют основной фонд заповедников Северного Кавказа и лесного хозяйства. На больших территориях нижних склонов гор выращивают различные сельскохозяйственные растения. Лесные почвы нуждаются в интенсивном окультуривании. Для пшеницы, ячменя, сахарной свеклы, подсолнечника их естественное плодородие оценивается только в 40– 50 баллов, по причине низкой мощности гумусового горизонта при общем низком запасе органического вещества. В бурых лесных почвах очень мало доступных растениям соединений фосфора, азота, калия. Кислая реакция среды отдельных подтипов, и отрицательные физические свойства нижних горизонтов почвенного профиля неблагоприятно сказываются на плодородии. Однако бурые лесные почвы Кавказа обладают неоспоримым превосходством даже над богатейшими черноземами в отношении их качества для выращивания таких растений, как эфиромасличные культуры (роза), табак, грецкий орех. Высокие урожаи дают картофель и кукуруза. В условиях Черноморского побережья бурые лесные почвы интенсивно используются под чай и субтропические плодовые. Бурые лесные почвы сформированы при промывном режиме и подвижные формы азота легко вымываются из верхних горизонтов почвы, а большое количество полуторных окислов, связываясь с фосфатами, делают их малодоступными для растений. Основным мероприятием по повышению плодородия является создание мощного окультуренного пахотного слоя путем постепенного углубления, в сочетании с систематическим применением органических и минеральных удобрений. Однако на большей части территории лесное хозяйство и заповедные зоны следует считать приоритетными. 5.2.7. Рендзины типичные На Юге России рендзины формируются на горных и предгорных территориях под лесами с травянистым покровом на элювии известняков и мергелей. Географически – это интразональный тип почвообразования, т.е. особая форма его проявления, в пределах конкретной зоны. 69 Основные черты диагностики: формирование на элювии известняков и мергелей при близком их залегании к поверхности, фульватно-гуматный тип гумуса, темноокрашенный профиль, высокая содержание карбонатов в низких горизонтах, нейтральная и слабощелочная реакция среды. Гранулометрический состав глинистый и тяжелосуглинистый. Хорошая оструктуренность зернисто-мелко-комковатой и ореховатой формы, создающая рыхлое строение профиля (табл.12). Хорошая водопроницаемость почвенных горизонтов, почвообразующей породы, а также известняков и мергелей, обуславливающий оптимальный водно-воздушный режим при высокой их водоудерживающей способности (полевая влагоемкость 35-45%). Таблица 12 Описание профиля рендзины выщелоченной, республика Адыгея Ао (0-5) Свежий, темно-бурый с серым оттенком, комковатопорошистый, суглинок, густокорешковатый, рыхлый, отдельно мелкий щебень, переход заметен по количеству корней и щебня. А (5-10) Темно-бурый, влажный, суглинок, рыхлый, щебня больше, корней меньше, переход по структуре. В (10-30) Темно-бурый с серым оттенком, комковатый, влажный, суглинок, сильно уплотнен, заметен переход по цвету и структуре. В (10-35) Заметно оглеение, влажный, бурый, ореховато-призматический, переход по количеству корней, камней меньше, обломки известняка! (диаметр=5-10 см) С (ниже Иллювий известняка, мелкие и крупные , мелкозем желто35) бурый, рыхлее В, не кипит. Рендзины – гумусово-аккумулятивные почвы фульватно-гуматного характера. Целинные варианты в горизонте А содержат до 8% гумуса, в агроценозах содержание около 4%. Нейтральная, слабощелочная в присутствии CaCO3 и слабокислая в выщелоченных горизонтах реакция среды. Высокая потенциальная обеспеченность профиля элементами питания растений. Присутствие в нижних горизонтах значительных количеств карбонатов. В переходном горизонте ВС и почвообразующем элювии известняков и мергелей количество CaCO3 может изменяться в пределах 25-70%. 70 Рендзины не имеют ограничивающих биологическую активность факторов. Почвы богаты органическим веществом, оптимальны в физическом отношении, влагообеспечены. Хорошая среда для развития древесных и травянистых форм биоценозов. По уровню плодородия рендзины могут быть приравнены к черноземам соответствующей мощности и соответствующего набора сельскохозяйственных растений. Ограничивающим фактором может быть мощность корнеобитаемой толщи, определяемая глубиной залегания каменистых пород, скелетность профиля при большом количестве в почвенной массе CaCO3. Несомненной экологической преференцией является их высокое качество для виноградных растений и табака. 5.2.8. Горно-луговые почвы Характерная особенность почвообразования на скелетных корах выветривания в зоне высокогорий – свободный внутренний дренаж почвенной толщи при высокой величине поверхностного стока. Это создает в ней окислительные условия и вынос легкорастворимых продуктов почвообразования за пределы почвенного профиля. Именно такими особенностями объясняется отсутствие в горах тундровых глеевых почв, которые на равнинных территориях в высоких широтах следуют после лесной таежной зоны (рис.16). 71 Рис.16. Пастбище Абаго, профиль луговой субальпийской почвы Почвообразование в условиях травянистых высокогорий происходит под воздействием следующих почвообразовательных процессов: интенсивное развитие дернового процесса при участии великого видового многообразия травянистой растительности; интенсивное физическое выветривание, как причина щебнистости профиля и образования каменистых осыпей; интенсивное оглинивание, приводящее к накоплению в почвах глинистых частиц и ферритизации, т.е. появлению свободных окислов железа и алюминия; интенсивное выщелачивание легкорастворимых солей и карбонатов, содержащихся в почвообразующих породах и образующихся в процессах минерализации растительных остатков и гумуса. Климатические условия зоны обеспечивают постоянную высокую влажность почвы, вследствие чего формируется богатая луговая растительность. Вегетационный период продолжается всего 1–3 месяца в году. Разложение растительных остатков протекает медленно из-за высокой влажности и низких температур. Поэтому процесс минерализации органического вещества замедлен. 72 Образующиеся при разложении органические кислоты создают кислую реакцию среды и ведут к ненасыщенности почв основаниями. Для всех типов высокогорных почв Кавказа характерно присутствие по всему профилю включений щебня и камня. Несмотря на выделение дернового горизонта, корневые системы травянистой растительности пронизывают весь профиль почвы, вплоть до материнской породы. Профили высокогорных почв интенсивно перерыты землероющими животными. Важнейшая генетическая и диагностическая особенность: при визуально слабом гумусовом окрашивании почв присутствие гумусовых веществ уникально велико. Мощность профиля горно-луговых альпийских почв четко отражает условия формирования этих почв в экстремальных климатических условиях высокогорья и склоновых процессов. Таким образом, горно-луговые почвы, сформированные под альпийскими лугами, характеризуются хорошо развитой дерниной, очень малой мощностью профиля, большим содержанием гумуса в поверхностном горизонте и резким его снижением с глубиной. В сильно увлажненных местах отмечается оторфовывание горизонта Аd. По гранулометрическому составу исследуемые почвы относятся к легкои среднесуглинистым. Встречаются так же тяжелосуглинистые почвы. Преобладающими фракциями являются песчаная и крупнопылеватая. Причем увеличение по профилю фракции крупного песка полностью повторяет закономерности распространения степени щебнистости. Горно-луговые почвы характеризуются высоким содержанием органического вещества. По данным запасов гумуса по всему профилю содержится 290390 т/га, из них 110-160 т/га сосредоточены в толще гумусового горизонта и это все в слое 0–35(45)см. Почвы альпийского пояса имеют кислую, слабокислую и близкую к нейтральной активную кислотность. 73 6. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГА РОССИИ 6.1. ЗАВИСИМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ОТ СТЕПЕНИ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА В ходе работе был проанализирован большой список климатических показателей, способных повлиять на биоту и биологическую активность почв. Кроме отдельных показателей: среднегодовая температура воздуха и почвы, максимальная и среднегодовая амплитуда температур воздуха и почвы, средние температуры января и июля, среднегодовое количество осадков были использованы комплексные климатические показатели, предлагаемые различными авторами для характеристики типов климата: индексы континентальности по Горчинскому, Конраду, Ценкеру, Хромову, индексы аридности по де Мартонну и Емберже и гидротермический коэффициент по Мезенцеву. Проведенный анализ климатических параметров исследуемого района показал, что для выявления влияния континентальности климата на биоту и биологическую активность почв, больше подходят среднегодовая амплитуда температур воздуха и, еще показательнее, годовое количество осадков, которое в значительной степени уменьшается с запада на восток от 431 мм в пос. Персиановский до 160 мм в Астрахани (табл. 3). Континентальность климата была рассчитана по ряду климатических показателей, отражающих степень континентальности и аридности, между начальной точкой отсчета (памятник природы «Персиановская степь») и исследуемыми участками, вплоть до Астрахани. Все рассчитанные индексы и коэффициенты на исследуемой территории изменялись в исследуемом направлении строго с запада на восток. По мере удаления от исходной точки исследования на западе климатические показатели отражали все более и более суровые условия обитания для организмов. Условия восточного участка являются экстремальными для живых 74 организмов. Коэффициент корреляции расстояния со среднегодовой амплитудой температур и годовым количеством осадков составляет -0,96 и 0,99 соответственно. То же самое отмечено и для климатических коэффициентов и индексов. Проведенные исследования по анализу биологических свойств аридных почв показали, что они в значительной степени различаются. При этом выявлено, что абиотические показатели – рН почвенной суспензии и засоленность поверхностных горизонтов исследуемых почв изменяется незначительно. рН почв – слабощелочное (7,9-8,7) за исключение буропесков, где этот показатель (рН=9,3) свидетельствует о высокой щелочности. Количество солей свидетельствует об отсутствии засоления в поверхностных горизонтах (0,02-0,06%), притом, что в нижней части профиля аридные почвы в значительной степени засолены. Биологические показатели варьировали в гораздо большей степени в отличие от почвенных свойств. Для содержания гумуса, содержание которого в верхних горизонтах колебалось в пределах 0,77-2,99%. Также в разы и даже десятки раз различались микробиологические и биохимические показатели. Результаты исследования показали, что не все изучаемые показатели чувствительны к изменению условий среды. Но все же, некоторые, например, содержание гумуса в почве, очень сильно зависит от климата (коэффициент корреляции r=0,87). На рисунке 17 представлены изменения наиболее чувствительных, как оказалось, показателей. Из графика видно, что высоким корреляционным показателем так же обладает активность каталазы (r=0,91). Активность фосфатазы, так же имеет тесную связь с климатом (r=0,87). Что касается активности дегидрогеназы, то по графику видно, что она имеет тенденцию к увеличению при отдалении от Астрахани, хотя имеет довольно низкий коэффициент корреляции (r=0,34). 75 БА, % от максимума 120 100 80 60 40 20 расстояние от Астрахани, км 0 0 50 100 150 гумус 200 250 каталаза 300 ДГ 350 400 450 фосфотаза Рис.17. Зависимость изменения биологических показателей от расстояния от Астрахани, 2007 г. Таким образом, все биохимические показатели увеличивают свое проявление в условиях более благоприятного климата. Но, не все изучаемые параметры, так сильно зависят от гидротермических условий (рис.18). 120 БА, % от максимума 100 80 60 40 20 расстояние от Астрахани, км 0 0 50 100 Азотобактер 150 200 250 Дыхание 300 350 400 450 Продуктивность Рис.18. Зависимость изменения количества осадков и биологических показателей от расстояния от Астрахани, 2007 г. 76 Например, микробиологический анализ показал, что азотфиксирующие бактерии р. Azotobacter, не имеют прямой зависимости от климата (r=0,23). Продуктивность растений данных почв, определяемая методами выращивания пшеницы в лабораторных условиях, так же не зависит от расстояния от Астрахани (r=0,10). И наконец, интенсивность выделения СО2 почвой, оказалась так же не зависимой от климата (r=-0,26). Значительный интерес вызывает профильное распределение биологических показателей в аридных почвах (рис.19). рН 9.5 ед. рН 9.0 8.5 8.0 глубина,см 7.5 0 20 40 0.6 60 80 100 Легкорастворимые соли % 0.4 0.2 глубина, см 0.0 0 20 40 Бс 60 Бк 80 100 Бп Рис. 19. Содержание легкорастворимых солей и рН бурых полупустынных почв Прикаспийской низменности: Бс – бурая солонцеватая; Бк – бурая карбонатная; Бп – бурая песчаная 77 Бурые полупустынные почвы практически не содержат легкорастворимых солей в верхних горизонтах, однако вниз по профилю содержание солей возрастает, достигая максимума в горизонте С, на глубине более 60 см. Песчаная разновидность бурых почв не засолена по всему профилю. Эта почва не дифференцирована по реакции среды (рН) почв. В суглинистых разновидностях максимальные значения рН приурочены к середине профиля в иллювиальных горизонтах. Биохимические показатели разных бурых полупустынных почв отличаются значительным разнообразием профильного распределения (рис.20). При этом песчаная разновидность с минимальными показателями биологической активности не дифференцирована по всему профилю. Карбонатная бурая полупустынная почва имеет достаточно типичное убывающее профильное распределение всех биохимических показателей. Солонцеватая бурая полупустынная почва отличается от вышеописанных поведением биологических показателей в солонцовом и солевом горизонтах. В солонцовом горизонте отмечена максимальная активность дегидрогеназы и минимальная активность каталазы. В солевом горизонте наблюдается обратная картина. То же самое определено и для активности фосфатазы и содержания гумуса (табл. 13). Значения показателей БА 78 3.5 Бурая п/п песчаная 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 глубина, см 0.0 Значения показателей БА 0 20 40 3.5 80 100 Бурая п/п солонцеватая 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 20 40 Каталаза, мл О2/г/мин Гумус, % 60 80 глубина, см 100 Дегидрогеназа, мгТФФ/г Фосфатаза, мг P2O5/г/ч 3.5 Значения показателей БА 60 Бурая п/п карбонатная 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 глубина, см 0.0 0 20 40 60 80 100 Рис.20. Профильное распределение биологических параметров бурых полупустынных почв Прикаспия 79 Таблица 13 Каштановая 22,7 7,3 8,3 4,8 19,0 0,83 0,08 0,10 0,04 0,77 53 5 80 100 78 8,6 0,03 2,1 13,7 0,29 8,3 8,8 8,7 8,3 8,6 9,3 9,0 8,2 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,09 0,25 0,50 0,8 0,9 0,7 1,8 1,0 3,3 1,9 0,9 11,2 11,9 9,3 12,9 15,6 9,7 10,0 3,9 8,3 0,02 9,5 19,6 Длина редиса, мм 0-10 Бурая полупустынная солонцеватая 2,2 1,4 1,7 1,1 2,0 Длина корней редиса, мм А Буропески 0,07 0,38 0,33 0,47 0,09 Длина проростков редиса, мм 0-5 20-30 50-60 0-8 10-20 30-40 50-60 90-100 8,1 8,1 8,1 8,1 8,0 Дыхание, мл СО2/сут. А АВ В Ад АВ B1сн B2сн Cск Азотобактер, % обрастания 15-25 Гумус, % АВ Бурая полупустынная Дегидрогеназа, мг ТФФ/г сут. Бурая полупустынная карбонатная Каталаза, мл О2/г/мин Ростовская обл., п. Привольный, пастбище 0-3 3-20 30-40 60-70 0-10 Соли, % Калмыкия, п. Хулхута сухая равнина, пастбище Ад А1 BNa ВСск Aд рН Калмыкия, Барханы, развеваемые пески Почва Астрахань склон бугра Бэра, пастбище Глубина г. Астрахань, бугор Бэра, залежь Горизонт Участок Эколого-генетические особенности исследуемых почв, 2007 г. 22,5 20,5 10,9 31,4 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 28,0 31,4 22,3 53,7 100 не опр. не опр. не опр. не опр. 0,28 0,11 0,00 0,77 0,04 0,22 0,00 0,00 83 100 100 93 93 95 98 100 24,7 30,3 9,8 40,1 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 6,8 28,3 15,1 43,4 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 2,17 95 12,2 29,4 18,5 47,9 80 Как показали результаты аналогичных исследований, проведенных в 2009 году, биологические показатели аридных почв юга Европейской территории России в значительной степени определяются климатическими параметрами. В зависимости от степени континентальности климата исследуемые почвы имеют разные значения обилия микроартропод, микрофлоры, содержания гумуса, ферментативной активности и ИПБС почв (рис.21). % от максимума 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 км от пос. Персиановский на восток количество осадков содержание гумуса численность бактерий грибы активность каталазы Рис. 21. Изменение биологических свойств почв исследуемых участков юга России с запада от пос. Персиановский на восток до Астрахани (2009 г.) При движении с запада на восток при увеличении степени континентальности климата отмечено значительное снижение численности микроартропод и микроскопических грибов, интенсивности биохимических процессов. Установлена тесная связь между степенью континентальности климата и биохимических показателей (рис. 22). 81 % от максимума 100 80 60 40 20 0 60 осадки 62 гумус 64 66 68 70 коэффициент континентальности Ценкера каталаза бактерии грибы Linear (гумус) Рис. 22. Влияние степени континентальности климата (по Ценкеру) на биологические свойства почв юга России (2009 г.) Показатели Гумус Каталаза Инвертаза Дегидрогеназа Бактерии Грибы Азотобактер Таблица 14 Корреляционная матрица зависимости биологических параметров от климатических показателей (р>0,05) (шрифтом выделены достоверные значения) Индекс аридности де Мартонна Индекс аридности Емберже Индекс континентальности Горчинского Индекс континентальности Хромова Индекс континентальности Ценкера Индекс континентальности Конрада Коэффициент увлажнения Мезенцева 0,91 0,86 0,90 0,91 0,80 0,71 -0,65 -0,56 -0,78 -0,78 0,76 0,71 0,67 0,57 -0,93 -0,91 -0,89 0,35 0,52 -0,50 -0,68 -0,93 -0,89 -0,90 0,35 0,51 -0,51 -0,69 -0,93 -0,90 -0,91 0,35 0,49 -0,53 -0,69 -0,94 -0,89 -0,87 0,34 0,52 -0,50 -0,64 0,92 0,90 0,84 -0,57 -0,66 0,77 0,64 82 Среди исследуемых микробиологических показателей прямая связь в зависимости от степени континентальности климата была установлена для обилия бактерий и грибов (табл.14). Однако не все биологические свойства исследуемых почв имеют тесную связь с климатическими показателями. Например, активность дегидрогеназы слабо коррелировали с климатическими параметрами. А для интенсивности начального роста редиса и дыхания почв не была обнаружена зависимость от климата. 100 % от максимума 80 60 40 20 коэффициент увлажнения Мезенцева 0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 количество осадков содержание гумуса активность каталазы численность бактерий обилие грибов ИПБС Рис. 23. Влияние климата (по коэффициенту увлажнения Мезенцева) на биологические свойства почв юга России (2009 г.) Интересные результаты были получены после обобщения большого количества биологических показателей в интегральный показатель биологического состояния почв. Значения ИПБС, рассчитанного по наиболее информативным биологическим показателям (включая численность микрофлоры, содержание гумуса и ферментативной активности) в значительной степени коррелируют с климатическими показателями, характеризующими степень аридности и конти- 83 нентальности климата. Тесная прямая связь отмечена с коэффициентом увлажнения Мезенцева (r=0,97), индексом аридности де Мартонна (0,97) и Емберже (0,93) (рис.23). Обратная зависимость ИПБС установлена для индексов континентальности Ценкера, Горчинского и Конрада (для всех показателей r=-0,97). В очередной раз интегрированная оценка по значениям ИПБС показала себя с лучшей стороны при комплексной оценке эколого-биологического состояния почв. Ранее высокая информативность этого показателя была установлена в эколого-географических исследованиях (Казеев и др., 2006; 2002; 2005; 2010) и при оценке устойчивости почв к антропогенным воздействиям (Вальков и др., 1999; Денисова и др., 2005; Казеев и др., 2004; Колесников и др., 2006,2009). температура почвы, ˚С 15 20 0 25 30 35 40 влажность почвы, % 45 0 2 4 6 8 10 12 0 20 20 40 40 60 60 80 80 см см К БП БПсн Ксн П Рис.24. Гидротермические условия исследуемых почв: К - каштановая почва, Ремонтное; Бсн - бурая полупустынная сильносолонцеватая, Хулхута; П- бурая полупустынная песчаная слаборазвитая (буропески), Хулхута; Б- бурая полупустынная, Линейное; СК- светло-каштановая солонцеватая почва, Элиста. 84 Гидротермические параметры почв в момент исследования характеризуются типичными для августа условиями, т.е. высокими температурами и низкой влажностью (рис. 24). При этом температура и влажность распределяются в профилях исследуемых почв по-разному. Температура снижается вниз по профилю во всех суглинистых почвах от 30-35 ºС и более 40ºС в песчаной, выравниваясь на глубине 20 см на уровне 25ºС и далее не изменяясь. Влажность почв различается сильнее, хотя и находится на очень низком уровне. Главное ее отличие от распределения температуры – увеличение значений параметра в средней и нижней частях профиля. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 80 6 8 0 10 20 30 40 50 40 60 см 4 20 40 60 2 0 20 40 80 0 0 20 Активность дегидрогеназы, мгТФФ/10г/24ч Активность каталазы, мл О2/г/мин Содержание гумуса, % 60 см 80 см К П СК Бсн Б Рис.25. Профильное распределение биологических показателей в исследуемых аридных почвах (К - каштановая почва, Ремонтное; Бсн - бурая полупустынная сильносолонцеватая, Хулхута; П- бурая полупустынная песчаная слаборазвитая (буропески), Хулхута; Б- бурая полупустынная, Линейное; СК- светлокаштановая солонцеватая почва, Элиста) 85 Значительный интерес вызывает профильное распределение биологических показателей в аридных почвах. Оно осложнено наличием карбонатных, солонцовых и солевых горизонтов в нижней части профиля исследуемых почв. Влияние этих факторов на биологическую активность были отражены нами ранее в работах (Казеев и др., 2010; Кузнецова и др., 2010). Сочетание гидротермических и эдафических факторов формируют сложный характер изменения обилия биоты и биологической активности в пределах почвенного профиля (рис.25). Часто наблюдались инверсии биологических показателей, значения которых ниже в верхней перегретой и иссушенной части профиля, и увеличены в средней и нижней части профиля (табл. 15). 86 Таблица 15 Влажность, % Соленость, % Гумус, % Каталаза, мл О2/г/мин. Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут. Фосфатаза, мг Р2О5/г/ч. Калмыкия, Элиста Калмыкия, Яшкуль Калмыкия, Хулхута Азотобактер,% обрастания Дыхание, мг СО2/100г. Всхожесть редиса, % Общаяя длина редиса, мм. рН 0,03 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02 0,03 0,02 0,05 0,15 2,93 2,12 2,88 1,74 1,22 2,19 1,59 1,91 1,41 0,82 9,8 8,1 6,7 5,8 3,9 6,1 6,5 4,4 3,0 2,4 19,4 22,1 24,2 19,4 19,6 15,6 16,4 11,0 11,1 3,7 0,10 52,19 не опр. не опр. 100 0,04 9,39 не опр. не опр. 100 0,13 27,01 0,90 17,0 0 0,07 15,30 не опр. не опр. 4 не опр. не опр. 0,01 1,19 8 0,02 6,51 0,45 13,8 1 не опр. не опр. 0,23 0,00 0 не опр. не опр. 0,16 0,00 0 не опр. не опр. 0,04 0,00 0 не опр. не опр. 0,20 0,00 0 Бурая полупустынная А 0-10 8,2 3,2 0,03 1,48 6,7 26,2 0,00 0,00 0,69 2,1 0 0-9 9-30 30-49 49-70 8,6 9,4 8,9 7,9 0,5 4,8 4,6 5,1 0,02 0,13 0,39 1,41 1,39 0,84 2,42 0,20 2,7 6,4 3,0 1,5 21,9 8,3 5,0 4,4 0,06 0,08 0,04 0,05 0,27 0,00 0,00 0,00 1,04 13,2 Бурая полупустынная А2 Всн В Вs 0 0 0 0 Каштановая Каштановая Грибы, тыс/г. Глубина, см. 11,9 7,0 6,7 4,6 5,2 1,6 3,0 3,5 3,5 3,0 Каштановая Микробы, млн/г. Горизонт 7,9 8,1 7,8 8,1 8,6 8,1 8,3 8,4 8,2 7,5 Почва 0-10 25-30 0-10 20-30 50-60 0-12 12-20 20-35 35-60 60-70 Угодье А1 АВ А АВ В А А2 Всн ВС Сса Зимовники, залежь Ремонтное, пастбище Инвертаза, мг глюкозы/г/сут. Эколого-генетические особенности исследуемых почв восточной трансекты, 2009 г. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 8,2 не опр. 4,3 не опр. не опр. 6,2 93 не опр. 93 не опр. не опр. 96 50,2 не опр. 41,4 не опр. не опр. 66,6 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 6,3 6,5 не опр. не опр. не опр. 91 87 не опр. не опр. не опр. 44,2 55,8 не опр. не опр. не опр. 87 Фосфатаза, мг Р2О5/г/ч. Инвертаза, мг глюкозы/г/сут. Микробы, млн/г. Грибы, тыс/г. Азотобактер, % обрастания 8,7 8,7 8,8 8,5 8,5 0,6 1,9 0,9 1,8 1,6 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,07 0,09 0,10 0,91 0,17 1,0 0,8 1,3 2,4 1,5 6,5 2,6 0,5 26,0 6,6 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,0 0,0 0,0 3,0 0,0 0,01 13,9 не опр. не опр. не опр. не опр. 56 20 8 0 0 А 0-10 8,6 1,0 0,03 0,30 1,6 4,0 0,00 0,0 Асд А2 Всн ВS ВS 0-2 2-10 10-38 45-50 75-85 8,6 9,3 9,1 8,2 7,8 0,0 2,8 4,3 7,2 9,0 0,04 0,06 0,38 1,82 1,97 5,3 4,9 4,0 2,5 1,6 48,6 14,4 7,1 2,9 0,8 0,12 0,00 0,02 0,00 0,00 1,91 0,72 1,10 0,15 0,11 1,24 1,3 не опр. не опр. 0,40 4,9 14,1 не опр. 0,0 0,48 0,0 не опр. 0,0 не опр. 0,0 не опр. не опр. 0,8 не опр. не опр. не опр. Общаяя длина редиса, мм. Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут. 0-10 20-30 70-80 0-10 10-40 Всхожесть редиса, % Каталаза, мл О2/г/мин. А В С А Всн 6,5 91 51,7 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. Дыхание, мг СО2/100г. Гумус, % Пески Соленость, % Линейное, пастбище Бурая полупустынная Бурая полупыстнная Влажность, % Астрахань, бугор Бэра Линейное, пастбище рН Бурая полупустынная Глубина, см. Почва Калмыкия Горизонт Угодье Продолжение таблицы 15 6,3 91 66,6 не опр. не опр. не опр. 4 7,7 93 57,0 4 1 0 0 0 10,2 89 64,1 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 88 Общая численность микроартропод находится в тесной зависимости с типом почв (рис.26). Максимальная численность как в поверхностном слое 0-5 см, так и в слое 0-15 см отмечена в наиболее увлажненных почвах - каштановых, а минимальная отмечена в аридных бурых полупустынных почвах и буропесках. Разница в численности между этими почвами составляет около 50%. Кроме того, отмечено снижение роли верхнего слоя 0-5 см в общей численности микроартропод. Если в каштановых почвах вклад поверхностного горизонта составляет 48%, то в бурых полупустынных почвах в поверхностном слое содержится всего 12% от численности в слое 0-15 см. Это связано с иссушением и сильным нагревом поверхностного горизонта в аридных почвах. 14 тыс.экз./м2 12 10 8 6 4 2 0 Каштановая Светло-каштановая 0-15 см Бурая полупустынная Буропески 0-5 см Рис. 26. Распределение общей численности микроартропод в разных почвах аридной зоны (в слоях 0-5 и 0-15 см) Об этом же свидетельствуют данные профильного распределения численности основных групп микроартропод в бурых полупустынных почвах Калмыкии (рис.27). Максимальное количество ногохвосток и панцирных клещей отмечено в слое 10-20 см, ниже и выше которого их численность резко снижается 89 тыс. экз./м2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 глубина, см 5 10 15 20 25 30 Панцирные клещи Ногохвостки Рис. 27. Профильное распределение численности разных групп микроартропод в бурой полупустынной почве, Хулхута, Калмыкия, 2009 г. Таким образом, при изучении влияния континентальности климата на биологические свойства почв установлено, что многие биологические показатели в большей степени определяются климатическими условиями. Это связано с тем, что на восточной трансекте изучены как оптимальные условия существования, так и экстремальные. 6.2. ВЛИЯНИЕ ТЕНЕВОГО ЭФФЕКТА ГОР КАВКАЗА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ В августе 2010 года проведены исследования по влиянию климата на горные почвы юга России. При увеличении высоты местности наблюдается увеличении среднегодового количества осадков и среднегодовой амплитуды температуры. рН почвенной суспензии имеет нейтральную или слабокислую среду, 90 что характерно для почв горных территорий. В отличие от аридных степных почв, максимальная влажность горных почв наблюдается в верхнем горизонте, с глубиной изменяется незначительно. Плотность почв варьировала в пределах от 0,79 г/см3 в бурой лесной почве на Партизанской поляне до 1,29 г/см3 в серой лесной и черноземе выщелоченном. Биологические свойства исследуемых почв изменялись в широких пределах (гумус от 14,5 до 4,5; каталаза от 11,1 до 5,3 мл О2/г/мин и т.д.). Наблюдается резкое снижение вниз по профилю всех биологических показателей (табл. 16). % от максимума 100 80 60 40 20 м 0 0 200 400 600 Гумус Дыхание Линейный тренд, гумус Линейный тренд, дыхание 800 1000 1200 1400 1600 1800 Дегидрогеназа Грибы Линейный тренд, дегидрогеназа Линейный тренд, грибы Рис.28. Изменение биологических свойств почв при увеличении высоты местности, август 2010 г. Выявлена положительная зависимость содержания гумуса и активности инвертазы с увеличением высоты местности (r=0,83 и r=0,77 соответственно). Наблюдаются тренды зависимости биологических показателей от климата, таких как активность дегидрогеназы, обилие микроскопических грибов, дыхание почвы (рис.28). 91 Таблица 16 Чернозем слитой не опр. 1,08 не опр. не опр. не опр. 1,07 не опр. не опр. 1,29 не опр. не опр. 1,29 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 53,1 11,0 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 72,5 28,0 не опр. не опр. не опр. не опр. 68,3 1,7 не опр. не опр. не опр. не опр. 64,5 14,3 не опр. не опр. не опр. не опр. 0 0 56 100 100 100 53 56 72 100 39 79 79 11 0 0 14,5 3,8 3,2 10,3 2,8 1,8 0,5 4,8 1,8 0,9 9,1 4,6 2,1 7,4 3,5 2,6 30,3 21,2 не опр. не опр. не опр. 31,3 29,0 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 20,8 26,9 не опр. не опр. не опр. не опр. 54,5 24,7 не опр. не опр. не опр. не опр. 38,0 28,1 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 1,59 0,67 1,67 1,31 0,99 1,72 0,98 1,00 1,90 2,01 0,68 1,21 1,94 1,16 1,94 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут 0,3 Фосфатаза, мг Р2О5/г/ч. 64,9 Общая длина редиса, мм. 93,7 22,3 13,6 35,8 0 10,2 0 8,6 23,5 0 15,5 6,9 0 43,4 28,7 23,8 Дыхание, мл СО2/сут. Плотность, г/см3 не опр. 6,9 1,8 1,8 6,4 2,5 1,9 1,7 5,3 3,1 2,1 11,1 8,5 7,4 5,3 4,3 3,2 Гумус, % г. Белореченск, лесхоз 0,79 Азотобактер, % обрастания Серая лесная 30,4 21,6 16,4 7,5 8,8 8,1 7,1 16,8 14,6 14,1 17,1 15,6 14,2 9,9 11,6 11,9 Грибы,тыс/г. ст. Даховская, лес 6,0 6,1 6,3 6,9 7,2 6,8 7,0 6,1 7,0 6,3 7,0 7,2 7,0 6,9 6,7 6,9 Микробы, млн/г. Бурая лесная 0-10 10-30 30-45 0-5 5-10 10-30 30-45 0-10 10-30 30-45 0-10 10-30 30-50 0-10 10-40 40-55 Инвертаза, мг глюкозы/г/сут. с. Хамышки, лес А В ВС А0А1 А В ВС А АВ В А АВ В А АВ В Каталаза, мл О2/г/мин. Бурая лесная Влажность, % пос. Гузерипль, лес рН Бурая лесная Глубина Почва Партизанская поляна Горизонт УГОДЬЕ Эколого-генетические особенности горных почв юга России, 2010г 1,8 7,0 7,0 5,0 5,0 4,2 6,4 4,5 4,3 6,0 32,4 11,5 4,4 3,9 4,5 3,2 92 В 2012 году повторены исследования влияния теневого эффекта гор Кавказа на биологические свойства почв. Помимо горных и предгорных почв, так же изучены все зональные степные почвы. Увеличена длина исследуемой трансекты сначала до г. Ростова-на-Дону, а затем до ст. Вешенской. В целом при обобщении климатических параметров населенных пунктов, расположенных на исследуемой трансекте выявлено, что при передвижении с севера на юг и при увеличении высоты местности увеличивается среднегодовое количество осадков и снижается среднегодовая амплитуда температур. Вычисление климатических индексов показало, что при передвижении на юг увеличивается индекс аридности по де Мартонну, а аридность климата снижается (обратная связь). Все исследуемые индексы континентальности снижаются, что говорит об увеличении гумидности климата (прямая связь). При увеличении количества осадков наблюдается увеличение биологической активности верхних горизонтов исследуемых почв (рис.29). 100 % от максимума 80 60 40 20 мм 0 400 600 800 1000 Каталаза ИПБС Линейный тренд, гумус 1200 1400 1600 1800 2000 Гумус Линейный тренд, каталаза Линейный тренд, ИПБС Рис.29. Изменение биологической активности почв в зависимости от среднегодового количества осадков, 2012 г. 93 100 % от максимума 80 60 40 20 ºC 0 19 21 23 Пероксидаза Гумус Линейный тренд, полифенолоксидаза 25 27 29 31 Полифенолоксидаза Линейный тренд, пероксидаза Линейный тренд, гумус Рис.30. Изменение биологической активности почв в зависимости от среднегодовой амплитуды температуры, 2012 г. Так же биологическая активность находится в тесной зависимости от среднегодовой амплитуды температуры (рис.30). Отмечено увеличение ферментативной активности почв и снижение содержания гумуса в верхних горизонтах почв при возрастании амплитуды температур. Содержание гумуса является наиболее зависимым от климата из всех изучаемых биологических показателей. Содержание гумуса положительно коррелирует с индексом аридности де Мартонна и отрицательно со всеми индексами континентальности. Из рисунка 31 видно, что содержание гумуса уменьшается при возрастании гумидности климата, т. е. верхние горизонты лесных почв более обогащены органическим веществом, чем степных почв. 94 100 % от максимума 80 60 40 20 значения индекса 0 20 30 40 50 Каталаза Гумус Линейный тренд, пероксидаза 60 70 80 90 100 Пероксидаза Линейный тренд, каталаза Линейный тренд, гумус Рис.31. Изменение некоторых биологических показателей в зависимости от индекса аридности де Мартонна, 2012 г. Ферментативная активность, как правило, увеличивается при передвижении на юг. Но это касается не всех ферментов. Наиболее зависимыми от климата оказались активности пероксидазы, полифенолоксидазы и каталазы. Не выявлено взаимосвязи между климатическими параметрами и активностью каталазы, дегидрогеназы и инвертазы в верхних горизонтах исследуемых почв. Для почв трансекты север-юг обнаружена меньшая степень зависимости биологических показателей от климата, чем при изучении степных и полупустынных почв восточной трансекты. Это объясняется тем, что все почвы расположены в довольно оптимальных климатических условиях. И на характер распределения биологической активности оказывают влияние биота и другие абиотические факторы. При рассмотрении профильного распределения биологической активности установлено, что характер распределения содержания гумуса в профилях исследуемых почв убывающий (рис.32). В лесных почвах отмечено резкое снижение органического вещества в первом двадцатисантиметровом слое почвы. В 95 лесостепных и степных почвах содержание органики снижалось плавно с глубиной. % 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Глубина, см 0 20 40 60 Горно-луговая (Абаго) Серая лесная (Даховская) Чернозем типичный (Березанская) 80 100 120 Бурая лесная (Гузерипль) Чернозем выщелоченный (Кирпильская) Чернозем обыкновенный Ростов-на-Дону) Рис.32. Содержание гумуса в профиле основных типов почв, 2012 г. 18 16 14 мл О2/г/мин 12 10 8 6 4 2 глубина, см 0 0 20 40 Горно-луговая (Абаго) Серая лесная (Даховская) Чернозем типичный (Березанская) 60 80 100 120 Бурая лесная (Гузерипль) Чернозем выщелоченный (Кирпильская) Чернозем обыкновенный Ростов-на-Дону) Рис.33. Распределение активности каталазы в профилях основных типов исследуемых почв, 2012 г. В отличие от содержания гумуса характер распределения активности каталазы в почвах сильно изменяется (рис.33). Выявлен убывающий характер 96 распределения в профиле активности этого фермента для лесных почв. В степных почвах на глубине 20-40 см наблюдается увеличение активности каталазы. Это можно объяснить тем, что верхние горизонты, как правило, недостаточно увлажнены, а с увеличением глубины возрастает влажность почвы. мг ТФФ/г/24 ч 50 40 30 20 10 глубина, см 0 0 20 40 Горно-луговая (Абаго) Серая лесная (Даховская) Чернозем типичный (Березанская) 60 80 100 120 Бурая лесная (Гузерипль) Чернозем выщелоченный (Кирпильская) Чернозем обыкновенный Ростов-на-Дону) Рис.34. Распределение активности дегидрогеназы в профилях основных типов исследуемых почв, 2012 г. Активность дегидрогеназы в степных почвах значительно выше чем в лесных (рис.34). Это касается не только верхних горизонтов и распределения по всему профилю. Максимальную активность дегидрогеназы в верхнем горизонте имеет чернозем выщелоченный (ст. Кирпильская). В степных почвах активность дегидрогеназы чаще всего плавно снижается. В лесных почвах, наоборот, с глубиной активность возрастает, но все равно не доходит до степени активности черноземов. То же можно отметить для активностей полифенолоксидазы и пероксидазы. Отмечена более высокая активность этих ферментов в степных почвах как по профилю, так и в верхних горизонтах. В степных почвах с глубиной активность данных ферментов повышается, а в лесных понижается (рис 35,36). мг пурпургаллина/100г/30 мин 97 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 глубина, см 0.0 0 20 40 60 Горно-луговая (Абаго) Серая лесная (Даховская) Чернозем типичный (Березанская) 80 100 120 Бурая лесная (Гузерипль) Чернозем выщелоченный (Кирпильская) Чернозем обыкновенный Ростов-на-Дону) мг пурпургаллина/100г/30 мин Рис.35. Распределение активности полифенолоксидазы в профилях основных типов исследуемых почв, 2012 г. 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 глубина, см 0.0 0 20 40 Горно-луговая (Абаго) Серая лесная (Даховская) Чернозем типичный (Березанская) 60 80 100 120 Бурая лесная (Гузерипль) Чернозем выщелоченный (Кирпильская) Чернозем обыкновенный Ростов-на-Дону) Рис.36. Распределение активности пероксидазы в профилях основных типов исследуемых почв, 2012 г. Что касается активности инвертазы, то во всех исследуемых почвах характер распределения активности данного фермента не однозначен. Наблюдаются инверсии в профильном распределении инвертазы. То же самое касается распределения в профиле почв количества бактерий рода Azotobacter (табл.17). 98 Таблица 17 не опр. не опр. не опр. 18,2 0,9 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 8,0 0,8 не опр. не опр. не опр. не опр. 22,1 0,9 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 8,8 1,1 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. Азотобактер, % обрастания не опр. не опр. Пероксидаза, мг пурпур галлина/100г/30мин Плотность, г/см3 не опр. Полифенолоксидаза, мг пурпур галлина/100г/30мин Серая лесостепная 0,3 Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут. г. Майкоп, лес Серая лесная 32,4 Инвертаза, мг глюкозы/г/24ч ст. Даховская, лес Темносерая лесная 4,7 4,3 4,9 4,6 5,4 5,2 5,8 6,1 7,8 6,4 6,9 6,3 6,1 5,2 5,9 5,7 6,2 5,7 6,0 5,3 5,6 Каталаза, мл О2/г/мин с. Хамышки, лес Бурая лесная 0-5 5-16 16-28 28-36 0-5 5-10 15-25 30-40 0-7 12-25 40-45 0-10 15-25 35-45 50-60 100-110 0-7 7-18 25-35 50-60 70-80 Гумус, % пос. Гузерипль, лес Ат Ад АВ В А А В ВС А А1 АВ А АВ В В ВС А А1 В Апог В2 Влажность, % Абаго, субальпийский луг Луговая субальпийская рН Почва Глубина Угодье Горизонт Эколого-генетические особенности почв юга России, 2010г 16,8 9,4 4,2 3,1 10,2 4,3 2,0 1,4 7,3 3,7 2,2 7,2 3,4 2,2 2,0 1,2 7,4 2,7 1,3 1,3 1,5 15,5 6,6 2,4 1,5 6,1 2,5 1,4 1,2 5,9 7,2 5,1 8,8 3,7 2,2 5,5 13,9 9,6 7,3 2,9 2,0 3,1 65,5 69,6 41,6 17,7 22,1 13,0 7,5 6,9 22,5 11,8 10,5 20,4 14,5 7,9 5,3 7,8 28,6 18,0 9,3 8,3 6,8 6,7 5,6 8,4 11,8 5,3 5,6 9,2 10,6 34,3 29,9 13,4 23,8 11,9 13,7 14,5 14,4 17,1 8,3 8,9 7,7 11,8 0,5 0,2 0,3 0,0 0,3 0,4 0,3 0,4 0,8 0,5 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,6 0,7 0,7 0,3 0,8 0,6 0,7 0,8 0,7 0,8 0,8 1,1 1,4 1,0 1,2 1,2 0,7 0,5 0,6 1,0 1,5 0,6 0,9 0,6 0,9 0 0 14 0 12 2 10 6 66 72 10 12 28 38 10 0 60 20 8 2 6 99 Чернозем обыкновенный 1,0 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 5,4 3,3 2,6 2,1 6,1 3,8 3,2 2,6 5,8 3,6 3,5 3,0 3,7 3,0 1,5 1,0 6,3 3,4 2,6 2,1 6,0 3,1 1,6 0,7 4,9 6,4 4,8 8,3 8,3 11,9 8,4 7,0 8,8 12,9 12,3 11,2 15,5 16,2 15,2 13,3 9,5 15,1 12,2 11,9 11,7 9,5 9,1 7,2 21,5 27,5 13,8 9,7 67,1 14,9 9,6 15,6 54,3 18,5 12,3 20,8 42,6 20,3 7,8 8,7 32,5 8,6 17,2 9,6 14,3 14,3 9,7 9,5 8,2 8,8 9,4 10,4 43,6 40,0 21,7 18,1 24,0 41,5 25,1 19,6 17,4 18,3 13,1 9,9 45,4 36,1 24,6 18,7 38,1 24,9 15,8 15,7 17,4 1,2 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 10,5 1,3 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 13,4 1,2 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 9,6 1,2 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 10,5 0,9 не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. не опр. 0,3 0,2 0,2 1,2 1,1 2,0 1,9 2,1 1,4 1,7 2,2 2,3 2,2 2,2 2,4 2,6 1,8 2,4 2,3 2,3 1,9 2,2 2,4 2,3 0,8 0,8 0,9 0,9 1,3 1,6 2,6 2,9 2,0 1,5 1,5 1,6 1,7 3,0 2,9 1,8 1,7 1,8 1,7 1,8 1,6 1,6 2,1 2,0 Азотобактер, % обрастания 12,2 не опр. Полифенолоксидаза, мг пурпур галлина/100г/30мин Пероксидаза, мг пурпур галлина/100г/30мин Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут. г. Ростов-наДону, залежь Чернозем обыкновенный Инвертаза, мг глюкозы/г/сут с. Степное, залежь чернозем карбонатный Каталаза, мл О2/г/мин с. Краснопартизанское, залежь Чернозем типичный 6,0 5,8 6,1 6,4 6,9 6,9 7,6 7,1 7,6 8,0 8,1 7,2 8,1 7,7 8,3 8,3 7,8 7,7 7,7 7,5 7,0 7,4 7,7 7,8 Гумус, % ст. Березанская , залежь Чернозем выщелоченный 0-10 20-30 50-60 90-100 0-10 20-30 55-65 100-110 0-10 20-30 52-62 80-90 0-10 20-30 60-70 100-110 0-10 20-30 50-60 80-90 0-10 20-30 50-60 90-100 Плотность, г/см3 ст. Кирпильская, пастбище Ад А АВ В Ад А АВ В Ад А АВ В Ад А АВ В Ад А АВ В Ад А АВ В Влажность, % г. Белореченск, лесхоз Чернозем выщелоченный слитой рН ПОЧВА Глубина УГОДЬЕ Горизонт Продолжение таблицы 17 46 28 26 8 100 98 100 100 100 88 82 100 76 34 0 52 100 100 88 78 78 82 4 34 100 6.3. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА АЗОНАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ ЮГА РОССИИ В процессе исследования изучены азональные почвы: серопески (ростовская обл.), буропески (рес. Калмыкия), рендзины выщелоченные (рес. Адыгея) и солончак (астраханская обл.). Установлено, что азональные почвы обладают иной биологической активностью по сравенению с зональными сформированными в таких же климатических условиях. Так как для азональных почв климат не является главным почвообразующим фактором, не выявлено зависимости биологических свойств этих почв от климатических характеристик, при вычислении уравнений и расчете корреляций данные по этим почвам не учитывались. Почвы легкого гранулометрического состава (буропески и серопески) обладают низким содержанием гумуса как в верхней части (0,4 и 1,4% соответственно), так и при пересчете на весь профиль. То же можно отметить и для ферментативной активности. Это объясняется накоплением внеклеточных ферментов в пылеватых и илистых частицах почвы, которые содержат основную часть гумуса и активной микрофлоры с которыми коррелирует ферментативная активность (Пейве, 1961; Галстян, 1974, 1978, Купревич, 1974; Хазиев, 1982, Казеев и др., 2004). Самой низкой биологической активностью, среди исследуемых почв, обладает солончак гидроморфный. Засоленность верхнего горизонта составляет 5,8%. Содержание гумуса в верхнем горизонте составило 0,34% (табл.18). Из-за высокой засоленности почвы инактировались ферменты. В солончаке степень засоления является главным лимитирующим биологическую активность фактором. Высокими значениями биологической активности обладает рендзина выщелоченная. Содержание гумуса в поверхностном горизонте составило 16,8 %, что выше чем в бурых лесных почвах (14,5%). Также наличие в профиле карбонатов способствовало увеличению ферментативной активности. Главным фактором, влияющим на распределение биологической активности рендзины выщелоченной, являются карбонатные породы, в связи с этим данные почвы так же не были включены при расчете корреляции и уравнений зависимости биологических показателей от климата. 101 Таблица 18 Дегидрогеназа, мг ТФФ/10г/24ч Бактерии, млн/г Грибы, тыс/г Азотобактер,% обрастания 0-5 5-10 10-35 35-50 6,6 7,0 6,4 7,1 0,0 0,0 0,0 0,0 16,8 11,8 5,7 5,3 8,2 5,2 3,3 7,2 81,9 42,6 59,9 0,0 3,9 1,8 3,8 25,4 57,3 145,5 100 75 59 100 55,0 0-2 9,1 5,80 0,3 0,9 не опр 8,0 не опр не опр 3 9,3 10-20 25-30 50-60 0-2 2-10 10-38 45-50 75-85 0-10 10-30 30-40 8,6 8,6 8,5 8,6 9,3 9,1 8,2 7,8 7,4 7,1 7,3 5,00 3,64 4,78 0,04 0,06 0,38 1,82 1,97 не опр не опр не опр 0,2 0,3 0,4 1,9 0,7 1,1 0,2 0,1 1,4 0,9 1,1 0,4 0,3 0,1 5,3 4,9 4,0 2,5 1,6 2,1 1,8 1,1 не опр не опр не опр 14,1 0,0 0,0 0,0 0,0 26,3 4,3 0,1 6,5 3,7 5,4 48,6 14,4 7,1 2,9 0,8 3,7 6,9 5,9 0,48 0,8 не опр не опр 10 10 0 4 1 0 0 0 30 68 74 Дыхание, мг СО2/10г/24ч Инвертаза, мг глюкозы/г/24ч Горизонт Каталаза, мл О2/г/мин Серопески Гумус, % Ростовская область, ст. Вешенская Буропески Соленость,% Республика Калмыкия, пос. Барханы Солончак соровый рН Астраханская область, пос. Линейное Рендзина выщелоченная А АВ В С соляная корка слой 1 слой 2 слой 3 Асд А2 Всн ВS ВS Ад А С Глубина, см Республика Адыгея, пос. Гузерипль Почва Местоположение Эколого-биологические свойства азональных почвы юга России 10,2 не опр 102 6.4. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТА НА ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЮГА РОССИИ На исследуемой территории значительно изменяется среднегодовое количество осадков (от 1795 мм/год на пастбище Абаго до 160 мм/год в г. Астрахань). Из всех рассмотренных климатических показателей на территории юга России значительнее всего изменяется среднегодовое количество осадков. То же можно отметить и для количества осадков за вегетационный период (от 902 мм до 100 мм). Не смотря на это, для пастбища Абаго отмечена минимальная доля осадков за вегетационный период от годового (50%). Большая доля осадков за вегетационный период выпадает в ст. Даховской и г. Элисте (67%; 492 и 211 мм соответственно). Доля летних осадков уменьшается при передвижении с запада на восток и с севера на юг. Изменение доли зимних осадков от годового количества изменяется в пределах от 19% (Яшкуль) до 31% (Вешенская, Абаго). Доля осадков по сезонам и в течение вегетационного периода изменялась незначительно, что свидетельствует о том, что в течение года осадки выпадают довольно равномерно на всей изучаемой территории. В связи с этим не представляется возможным применять данные показатели при выявлении зависимости биологической активности почв от климата. При передвижении на восток региона наблюдается увеличение среднегодовой температуры. По трансекте север-юг наблюдается увеличение среднегодовой температуры до ст. Кирпильской, далее на юг с увеличением высоты среднегодовая температура снижается. Максимальная температура июля наблюдается в г. Астрахани. Минимальными значениями характеризуются горные районы региона. Температуры января распределены иначе. Минимум наблюдается в самой северной точке исследования ст. Вешенской (-8,8ºC), максимум в самой южной – плато Абаго (-0,1ºC). Максимальная амплитуда температур на юге России отмечена для территории бурых полупустынных почв (Астрахань, Хулхута). Минимальная амплитуда наблюдается в самой южной точке (плато Абаго). Максимальные значения суммы активных температур наблюдаются в ст. Кирпильской и г. Астрахани. Среди температурных показа- 103 телей климата наиболее меняется среднегодовая амплитуда температуры, среднегодовая температура, температуры июля и января изменяются в меньшей степени. Кроме того амплитуда температур является основным показателем при выявлении континентальности климата, который в значительной мере изменяется на исследуемой территории. Индексы аридности де Мартонна и Емберже снижаются по мере нарастания аридности климата, то есть при передвижении с юга на север и с востока на запад. Индекс аридности Стенца, все рассчитанные индексы континентальности и коэффициенты увлажнения увеличиваются при перемещении в более прохладные и увлажненные территории. Все рассчитанные индексы континентальности учитывают температурные факторы и местоположение исследуемого пункта. Между собой они имеют высокие корреляции. Поэтому среди всех индексов выбран индекс континентальности Горчинского, значения которого меняются в большей степени. Рассчитанные индексы аридности отражают совокупность среднегодового количества осадкой с разными температурными характеристиками. В связи с этим, необходимо учитывать их при рассмотрении зависимости биологической активности от климата. Анализ большого количества климатических данных показал, что для выявления зависимости биологических свойств почв от климата более всего подходят показатели, наиболее меняющиеся на исследуемой территории, такие как среднегодовое количество осадков и среднегодовая амплитуда температур. Среди климатических индексов и коэффициентов, отражающих совокупное действие факторов температуры и влажности, рекомендуется применять коэффициент увлажнения Высоцкого, индексы аридности Стенца, Емберже и де Мартонна, среди индексов континентальности – индекс Горчинского. При обобщении климатических характеристик изучаемой территории выявлено, что на территории с максимальным среднегодовым количеством осадков и минимальной амплитудой температур расположены горные почвы (рис.37). Самая сухая и теплая территория – зона бурых полупустынных почв. Для этой зоны отмечено минимальное количество осадков и максимальная 104 среднегодовая температура. Минимальные среднегодовые температуры отмечены для территорий черноземов южных. За время проведения исследования, изучены участки с различными гидротермическими характеристиками и почвами. Проведенный анализ биологической активности почв показал, что биологическая активность сильно варьирует в зависимости от типа почв и условий почвообразования. 35 30 25 20 15 10 5 0 Лс Бл ТСл Ср.год. темп., °C Сл Слс Чсл Чв Чт Ср. амплитуда темп., °C Чо Чю К Бп Осадки, мм*100 Рис.37. Количество осадков, среднегодовая температура и среднегодовая амплитуда температур на участках с разными почвами(Лс – луговая субальпийская; Бл – бурая лесная; ТСл – темно-серая лесная; Сл – серая лесная; Слс – серая лесостепная; Чсл – чернозем слитой; Чв – чернозем выщелоченный; Чт – чернозем типичный; Чо – чернозем обыкновенный; Чю – чернозем южный; К – каштановая; Бп – бурая полупустынная) Почвы трансекты имеют различные свойства, которые сильно зависят от климатических условий территории. рН исследуемых почв изменяется в широких пределах, от кислых (4,7 в луговой субальпийской) до слабощелочных (7,8 в черноземе обыкновенном) (Орлов и др., 2004). По причине превышения годового количества осадков над испарением в почве накапливается влага, которая повышает выщелачивание солей и основных минералов вниз по профилю почвы. В связи с эти почва при увеличении среднегодового количества осадков 105 почвы закисляется (Вальков, 1982). Зависимость величины рН от среднегодового количества осадков имеет линейный характер (рис.38) Так, величины рН характеризуются максимальными значениями в условиях до 500 мм годового количества осадков А 9 8 7 6 5 Значения индекса 4 0 20 40 рН 60 80 100 Линия тренда (рН) Б % 35 30 25 20 15 10 5 Значения индекса 0 0 20 Влажность 40 60 80 100 Линия тренда Рис.38. Изменение рН (А) и влажности (Б) верхних горизонтов исследуемых почв в зависимости от индекса аридности де Мартонна Плотность верхнего горизонта изменяется также значительно (рис.39). Наблюдается снижение плотности при перемещении с севера на юг (1,5 г/см3 для чернозема южного и 0,3 г/см3 для луговой субальпийской). В литературе имеются данные о том, что при увеличении среднегодового количества осадков возрастает плотность почв. Осадки оказывают как прямое воздействие на плот- 106 ность почвы, так и косвенное. Косвенное воздействие на плотность почвы происходит через увеличение ее влажности свыше влажности физической спелости (когда вода больше не может поглощаться почвенными коллоидами и начинает замещать почвенный воздух). Прямое механическое воздействие осадков – удары капель по почве механически разрушают структуру и уплотняют ее верхний слой. Исследуемые почвы, расположенные в областях с избыточным увлажнением, как правило, лесные. Кроны деревьев и листовой опад препятствуют механическому разрушению почвы под действием осадков. По этой причине не прослеживается зависимость плотности исследуемых почв от их влажности. Причиной уменьшение плотности является увеличение органического вещества, которое, как известно (Вальков, 2004, 2006), так же оказывает воздействие на плотность почв, большое количество которого, уменьшает ее. В данном исследовании, наличие органического вещества играет преобладающую роль, именно по этой причине происходит уменьшение плотности почвы при перемещении на юг. г/см3 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Бп К Чю Чо Чвыщ Чсл Слс Сл Бл Рис.39. Изменение плотности исследуемых почв Гл 107 6.4.1. Влияние климата на содержание гумуса Варьирование содержания гумуса в верхних горизонтах всех исследуемых почв очень высоко, от очень низкого в бурых полупустынных (0,9%) до очень высокого в луговых субальпийских (16,8%) (Орлов и др., 2004). Содержание гумуса в почве находится в тесной связи с количеством осадков. r=0,97 (табл.19). Выведено линейное уравнение регрессии (рис.40). Из этого уравнения следует, что при увеличении количества осадков на 100 мм содержание гумуса в верхних горизонтах почв увеличивается приблизительно на 0,96%. Показатели рН Влажность Каталаза Инвертаза Гумус Дегидрогеназа ИПБС, верх Таблица 19 Корреляционная матрица зависимости биологической активности почв от климата (выделены достоверные значения, р<0,05) Высота над у.м. Осадки Среднегодовая температура Амплитуда температуры Индекса аридности де Мартонна Индекс аридности Емберже Индекс континентальности Ценкера Коэффициент увлажнения Мезенцева -0,77 -0,92 0,47 0,94 0,83 0,90 -0,49 -0,86 0,67 0,70 -0,26 -0,61 0,36 0,48 -0,43 -0,38 0,90 0,98 -0,35 -0,89 -0,45 -0,37 0,34 0,24 0,49 0,60 -0,27 -0,54 -0,93 0,90 0,68 0,48 0,97 -0,40 0,58 -0,94 0,91 0,71 0,63 0,97 -0,38 0,66 0,96 -0,91 -0,60 -0,43 -0,90 0,30 -0,55 -0,89 0,85 0,56 0,42 0,92 -0,52 0,46 Не выявлено линейной зависимости содержания гумуса при пересчете на весь гумусовый горизонт от среднегодового количества осадков. Но из графика видно, что максимальным содержанием гумуса обладает чернозем выщелоченный, изученный в ст. Кирпильской (Краснодарский край, количество осадков 637 мм/год). При увеличении и снижении количества осадков запасы гумуса снижаются. Минимальные значения наблюдаются для бурой полупустынной почвы. 108 % y = 0,009x - 0,547 А 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 500 1000 мм 2000 1500 Гумус линия тренда т/га Б 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Бп К К Чю Чю Чо Чв Чсл Слс Сл Бл Лс Рис.40. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от количества осадков При выявлении закономерностей изменения содержания гумуса в верхних горизонтах почв от среднегодовой температуры установлена квадратичная зависимость. Максимальные значения наблюдаются при значениях среднегодовой температуры 9-10 °C. В данных значениях температуры расположены горные почвы: луговые субальпийские и бурые лесные. Не обнаружено корреляционной связи между запасами гумуса и среднегодовой температурой (рис.41). Но выявлена тесная зависимость содержания гумуса со средней температурой июля и января. Причем при повышении температуры июля содержание гумуса в почвах снижается (обратная зависимость), а при повышении температуры ян- 109 варя содержание гумуса повышается (прямая зависимость). Коэффициенты корреляции составляют -0,85 и 0,82 соответственно. % 20 А 15 10 5 ºС 0 5 6 7 8 9 Гумус 10 Линия тренда 11 12 т/га 500 13 Б 400 300 200 100 ºС 0 7 8 9 10 11 12 13 Гумус Рис. 41. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от среднегодовой температуры Выявлено снижение содержания гумуса при повышении амплитуды (рис.42). Коэффициент корреляции составил -0,89. Так же как и для количества осадков было выведено линейное уравнение зависимости, из которого следует, что при изменении амплитуды температур на 1°C содержание гумуса меняется на 0,8%. 110 А % 20 15 10 5 ºС 0 19 21 23 25 Гумус 27 29 31 33 Линия тренда Б т/га 500 400 300 200 100 ºС 0 15 20 Гумус 25 Линия тренда 30 35 Рис. 42. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от среднегодовой амплитуды температуры При изучении совокупного действия климатических характеристик с помощью климатических индексов выявлено, что содержание гумуса верхних горизонтов почв имеет линейную зависимость от индекса аридности Емберже, который отображает совокупное действие среднегодового количества осадков и среднегодовой амплитуды температуры (рис.43). Выведено линейное уравнение зависимости, из которого следует, что увеличение индекса на 1000 единиц приводит к увеличению содержания гумуса на 1%. При рассмотрении профильных запасов не установлена зависимость от данного индекса. 111 % 20 y = 0.0017x - 1.8638 А 15 10 5 значения индекса 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 т/га 500 12000 Б 400 300 200 100 значения индекса 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Рис. 43. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от индекса аридности Емберже При рассмотении зависимости с индексом аридности де Мартонна, который наиболее полно отражает совокупное действие осадков и среднегодовой температуры (рис.44). Для территории юга России изменение индекса на единицу характеризуется увеличением количества осадков примерно на 20 мм и снижением среднегодовой температуры на 0,03°C. Зависимость содержания гумуса от индекса аридности де Мартонна выражается уравнением y =0,186x 0,286. Из уравнения следует, что при изменении индекса на единицу содержание гумуса в почве меняется на 0,18%. 112 % 20 y = 0.1861x - 0.2863 А 15 10 5 значения индекса 0 0 20 40 60 80 т/га 500 100 Б 400 300 200 100 значения индекса 0 0 20 40 60 80 100 Рис. 44. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от индекса аридности де Мартонна Выведены закономерности изменения гумуса в зависимости от коэффициента увлажнения Мезенцева. Содержания гумуса в верхних горизонтах почв увеличивается на 0,2 % при повышении коэффициента на 0,1. Зависимость запасов гумуса имеет более сложные закономерности от коэффициента увлажнения. Максимальное содержание гумуса в профилях почв наблюдается при значениях индекса 1,5-2,0 (рис.45). Аналогичные закономерности выявлены не только для приведенных показателей, но и для всех рассмотренных климатических индексов. Коэффициенты корреляции содержания гумуса с климатическими индексами и коэффициентами высоки и варьируют в пределах от |0,76| до |0,97|. 113 % 20 А y = 2.2374x + 1.0684 15 10 5 значения коэффициента 0 0 1 2 3 4 5 6 7 т/га 500 400 300 200 100 значения коэффициента 0 0 1 2 3 4 5 6 Рис. 45. Изменение содержания гумуса в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от коэффициента увлажнения Мезенцева 6.4.2. Зависимость активности каталазы от климата Зависимость ферментативной активности от отдельных климатических характеристик выражена слабее, чем содержание гумуса. Из всех изучаемых ферментов более всего от климата зависит активность каталазы. Коэффициент корреляции зависимости каталазы от количества осадков составил 0,7. Из полученного линейного уравнения следует, что активность каталазы меняется 0,5 мл О2/г/мин прямопропорционально изменению количества осадков на 100 мм (рис.46). Максимальная активность каталазы при пересчете на весь гумусовый горизонт выявлена при среднегодовом количестве осадков около 600 мм/год. В данных значениях, так же как и при рассмотрении содержания гумуса, расположен участок с черноземами выщелоченными. Выше и ниже данных значений 114 количества осадков наблюдается снижение активности каталазы при пересчете на гумусовый горизонт. y = 0,005x + 3,811 20 А мл О2/г/мин 15 10 5 мм 0 0 200 400 600 800 1000 Каталаза 1200 1400 1600 2000 линия тренда Б 1500 мл О2/см2/мн 1800 1000 500 мм 0 0 500 1000 Каталаза 1500 2000 Рис. 46. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от среднегодового количества осадков Не выявлено линейной зависимости активности каталазы от среднегодовой температуры, но из рисунка видна более сложная квадратичная зависимость. Максимальные значения активности каталазы наблюдаются при среднегодовой температуре около 10 ºC (рис.47). В данных температурных условиях расположены луговые субальпийские почвы. Хоть и наблюдается квадратичная зависимость активности каталазы от среднегодовой температуры, но точки расположены более разрозненно по сравнению с содержанием гумуса. Активность каталазы как более динамичный показатель может определяться действием бо- 115 лее непостоянными факторами чем среднегодовая температура, такими как среднесуточная и среднемесячная температуры, влажность почвы и влиянием биоты. Так, например, установлена тесная линейная зависимость активности каталазы от средней температуры июля и января. Коэффициент корреляции составил -0,53 для средней температуры июля и 0,61 для средней температуры января. А мл О2/г/мин 20 15 10 5 ºС 0 6 7 8 9 10 11 12 1400 13 Б мл О2/см2/мин 1200 1000 800 600 400 200 ºС 0 6 7 8 9 10 11 12 13 Рис. 47. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый пофиль (Б) в зависимости от среднегодовой температуры Для активности каталазы в поверхностных горизонтах почв не обнаружено зависимости от среднегодовой амплитуды температуры. Наблюдается резкий спад активности при высоких значения амплитуды, характерные для полупустынных районов изучаемого региона. При рассмотрении активности каталазы в гумусовом горизонте выявлены некоторые закономерности распределения. При низких и высоких значениях амплитуды профиль почв характеризуется 116 низкими значениями активности каталазы. При амплитуде 25-29 ºC активность каталазы в гумусовом профили максимальная (рис.48). Данной амплитудой характеризуются степные районы с черноземами обыкновенными и выщелоченными. А мл О2/г/мин 20 15 10 5 ºС 0 19 21 23 25 27 29 31 33 Каталаза Б 1400 мл О2/см2/мин 1200 1000 800 600 400 200 ºС 0 19 21 23 25 27 29 31 33 Каталаза Рис. 48. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от среднегодовой амплитуды температуры При рассмотрении зависимости активности каталазы от индекса аридности Емберже выявлена линейная зависимость. При увеличении индекса Емберже на 1000 наблюдается увеличение активности каталазы на 1 мл О2/г/мин. При низких значениях индекса, то есть в аридных условиях, наблюдается повыше- 117 ние активности каталазы при пересчете на гумусовый профиль. При значениях индекса выше 3000, в условиях умеренного климата характер распределения активности каталазы неоднозначен (рис.49). y = 0.001x + 2.76 20 А мл О2/г/мин 15 10 5 значения индекса 0 0 2000 4000 Каталаза 6000 8000 10000 Linear (Каталаза) Б 1500 мл О2/см2/мин 12000 1000 500 значения индекса 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Каталаза Рис. 49. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от индекса аридности Емберже При пересчете изменения активности каталазы в зависимости от индекса де Мартонна установлено, что при увеличении индекса на единицу активность фермента каталазы увеличится на 0,11 мл О2/г/мин. При пересчете активности на гумусовый профиль установлены значения индекса при которых активность 118 каталазы максимальна. При значениях индекса 25-40 активность каталазы резко возрастает (рис. 50). мл О2/г/мин А y = 0.1081x + 3.9143 20 15 10 5 значения индекса 0 0 20 40 60 80 100 Б мл О2/см2/мин 1500 1000 500 значения индекса 0 0 20 40 60 80 100 Рис. 50. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на гумусовый горизонт (Б) в зависимости от индекса аридности де Мартонна Так же выявлена линейная зависимость активности каталазы в поверхностных горизонтах исследуемых почв от коэффициента увлажнения Мезенцева. При пересчете на гумусовый горизонт активность каталазы в зависимости от коэффициента увлажнения Мезенцева максимальна в значениях 1,4-1,6 (рис. 51). Условия увлажнения выше и ниже данных значений оказывают угнетающее действие на активность каталазы при пересчете на гумусовый горизонт. 119 мл О2/г/мин 20 y = 1.1382x + 5.0176 А 15 10 5 значения индекса 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Б 1400 1200 мл О2/г/мин 1000 800 600 400 200 значения индекса 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 51. Изменение активности каталазы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на гумусовый горизонт (Б) в зависимости от коэффициента увлажнения Мезенцева 6.4.3. Влияние климата на активность инвертазы Установлена линейная зависимость инвертазы от среднегодового количества осадков. В связи с большой разрозненностью показаний невозможно достоверно рассчитать уравнение зависимости. При пересчете на гумусовый профиль максимальные значения инвертазы наблюдаются в черноземе выщелоченном (рис. 52). 120 А мг глюкозы/г/24 ч 80 70 60 50 40 30 20 10 мм 0 0 500 1000 1500 2000 Б мг глюкозы/см2/24 ч 2500 2000 1500 1000 500 0 Бп К Чю Чо Чв Чсл Слс Сл Бл Лс Рис. 52. Изменение активности инвертазы в верхних горизонтах (А) и при пересчете на гумусовый горизонт (Б) в зависимости от среднегодового количества осадков (Лс – луговая субальпийская; Бл – бурая лесная; ТСл – темно-серая лесная; Сл – серая лесная; Слс – серая лесостепная; Чсл – чернозем слитой; Чв – чернозем выщелоченный; Чт – чернозем типичный; Чо – чернозем обыкновенный; Чю – чернозем южный; К – каштановая; Бп – бурая полупустынная) Не установлена зависимость инвертазы как в поверхностных горизонтах так и при пересчете на гумусовый профиль от среднегодовой температуры. От среднегодовой амплитуды температуры активность инвертазы имеет квадратичную зависимость при максимальных значениях около 25 ºC (рис.53). 121 мг глюкозы/см2/24 ч 2500 2000 1500 1000 500 ºС 0 15 20 25 30 35 Рис.53 Изменение активности инвертазы при пересчете на весь гумусовый профиль в зависимости от среднегодовой амплитуды температур Наблюдаются тренды увеличения активности инвертазы при увеличении индексов аридности Емберже и де Мартонна, а так же коэффициента увлажнения Мезенцева. 6.4.4. Изменение активности дегидрогеназы в зависимости от климата Из всех исследованных ферментов наименьшая зависимость от климатических характеристик и индексов выявлена для активности дегидрогеназы. Не выявлена зависимость активности дегидрогеназы как в поверхностных горизонтах, так и при пересчете на гумусовый горизонт от среднегодового количества осадков. Наблюдается тренд увеличения активности дегидрогеназы при повышении среднегодовой температуры (рис.54). 122 60 мг ТФФ/г/24 ч 50 40 30 20 10 ºС 0 6 7 8 9 10 Дегидрогеназа 11 12 13 Линия тренда Рис. 54. Изменение активности дегидрогеназы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах в зависимости от среднегодовой температуры 4000 мг ТФФ/см2/24 ч 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 ºС 0 15 20 Дегидрогеназа 25 30 Линия тренда 35 Рис. 55. Изменение активности дегидрогеназы в зональных почвах юга России при пересчете на весь гумусовый профиль в зависимости от среднегодовой амплитуды температуры Для запасов активности дегидрогеназы в гумусовом профиле выявлена зависимость от среднегодовой амплитуды температуры. Максимальные значения наблюдаются при амплитуде 25 ºC (рис. 55). С климатическими индексами выявлена слабая корреляция (рис.56). 123 60 А мг ТФФ/г/24 ч 50 40 30 20 10 значения индекса 0 0 20 40 60 80 100 мг ТФФ/см2/24 ч 4000 Б 3000 2000 1000 значения индекса 0 0 20 40 60 80 100 Рис. 56. Изменение активности дегидрогеназы в зональных почвах юга России в верхних горизонтах (А) и при пересчете на весь гумусовый профиль (Б) в зависимости от индекса аридности де Мартонна 6.4.5. Изменение интегрального биологического показателя в зависимости от климата В зонах полупустынь и сухих степей, почвы имеют низкую биологическую активность не только в верхних горизонтах, но и во всем профиль. Недостаток влаги в данных регионах препятствует нормальному протеканию в почве биологических процессов. При перемещении в более увлажненные районы наблююдается увеличение биологической активности как в поверхностных горизонтах, так и при пересчете на гумусовый профиль. Установлено, что наибольшими запасами биологической активности обладают черноземы выщелоченные, расположенные в благоприятных (теплых и хорошо увлажненных) для гумусонакопления и протекания биохимических процессов условиях. Не 124 смотря на то, что горные почвы обеспеченны достаточным количеством влаги, они так же имеют низкую биологическую активность профилей. В данном случае для повышения биологической активности лимитирующим фактором является избыток влаги, приводящий к промыванию профиля от оснований и питательных элементов, формированию кислой реакции среды. На высокогорьях к этому добавляется короткий вегетационный период с активными температурами в почвенном профиле. Максимальные значения ИПБС верхних горизонтов имеют горные почвы, при увеличении аридности климата значения ИПБС снижаются. Не установлены закономерности изменения интегрального показателя поверхностных горизонтов почв от климата. Применение профильного подхода (рис.57) позволило показать на этой диаграмме пространственные закономерности распределения биологической активности, которые очень схожи с известным рисунком (рис. 58), отражающим универсальность действия экологических факторов на биоту (Одум, 1986). В данном случае минимальные и максимальные значения климатического показателя приводят к снижению биологической активности, выраженной через ИПБС. При пересчете биологической активности на мощность гумусового профиля почв выявлено, что максимальные значения ИПБС имеют черноземы, расположенные в условиях значения индекса де Мартонна 25-35. Такими значениями индекса характеризуются территории с количеством осадков около 500-700 мм и среднегодовой температурой 8-10°C. В данных климатических условиях формируются черноземы выщелоченные. В условиях с большими и меньшими значениями, ИПБС снижается. 125 А 100 80 60 40 20 0 Бп К Чю Чо Чв Чсл Слс Сл Бл Гл Б 100 % от максимума 80 60 40 20 0 Бп К Чю Чю Ипбс запас % Чо Чв Чсл Слс Сл Бл Гл линия тренда Рис.57. Изменение ИПБС верхних горизонтов (А) и профиля(Б) зональных почв юга России (Лс – луговая субальпийская; Бл – бурая лесная; ТСл – темно-серая лесная; Сл – серая лесная; Слс – серая лесостепная; Чсл – чернозем слитой; Чв – чернозем выщелоченный; Чт – чернозем типичный; Чо – чернозем обыкновенный; Чю – чернозем южный; К – каштановая; Бп – бурая полупустынная) Интенсовность жизнедеятельности 126 opt min Интенсивность фактора max Рис. 58. Зависимость действия экологического фактора от его количества (Одум, 1986) 6.4.6. Прогнозы изменения почвенного покрова юга России в условиях меняющегося климата Во второй половине ХХ столентия на Европейской территории России климатические условия значительно отличались от таковых в его первой половине. В среднем за 1951-2000 гг. температура воздуха и атмосферные осадки, как в целом за год, так и за сезоны были значительно выше, чем за 1900-1950 гг. При этом средняя годовая температура воздуха была выше на 0,4-0,8ºC, за холодный период на 0,7-1,2ºC и теплый на 0,3-0,7 ºC (Панов и др, 2006). Таким образом повышение среднегодовой температуры воздуха происходит в основном за счет увеличения температуры в зимний период. Количество атмосферных осадков во второй половине ХХ столетия было больше на 21-114 мм, то есть колебалось в довольно больших пределах. В целом увеличение осадков произошло на 17%. В основном увеличение осадков происходит в зимний период. Существует большое количество сценариев изменения климата, но все они сходятся в том что скорость изменения климата будет увеличиваться. Климатические условия являются одним из основных ландшафтообразующих факторов. В связи с этим направленные изменения климатических условий вы- 127 зовут существенную перестройку ландшафтов. Прежде всего, это скажется на почвах и растительности, причем вначале на растительности, так как она более чутко реагирует на изменения условий среды (Коломыц, 1985). Изменения почвенных ареалов, плодородия и их свойств процесс довольно длительный. Но комплекс почвенных биоиндикаторов, такой как ферментативная активность, позволит судить даже об изменениях почв под действием меняющегося климата даже на ранних стадиях изменения. Ферментативная активность почв более стабильный показатель по сравнению с микробиологической активностью, которая в большей степени зависит от кратковременных погодных условий, и более чувствительный по сравнению с содержанием гумуса. Таким образом, мониторинг ферментативной активности почв и знания об их изменении в зависимости от условий среды позволяют прогнозировать почвообразовательный процесс. 128 ВЫВОДЫ 1. Выявлены закономерности зависимости биологических показателей 12 типов и подтипов зональных почв юга России от климата. Наибольшее влияние оказывают гидротермические условия: среднегодовое количество осадков, среднегодовая температура воздуха и среднегодовая амплитуда температур. 2. Максимальная зависимость биологических показателей выявлена в экстремально аридных климатических условиях. Наибольшая корреляция биологических показателей отмечена с годовым количеством осадков (прямая зависимость) и амплитудой температур (обратная зависимость). 3. Содержание гумуса увеличивается при возрастании гумидности климата. При изменении среднегодового количества осадков на 100 мм содержание гумуса в верхних горизонтах почв меняется на 0,98%. В меньшей степени содержание гумуса зависит от температурных факторов. Максимальное содержание гумуса наблюдается при среднегодовой температуре 9-10°C, выше и ниже данных значений содержание гумуса снижается. 4. Ферментативная активность как более чувствительный показатель, отражающий отдельные биологические процессы, имеет более сложные непрямолинейные зависимости от климатических характеристик. Наиболее тесно коррелирует с климатом активность каталазы. Отмечены тренды изменения активности инвертазы от климатических характеристик и дегидрогеназы. 5. Применение профильного подхода при выявлении пространственных закономерностей распределения биологической активности позволило показать сходство с реакцией биоты на действие экологических факторов. Минимальные и максимальные значения климатического показателя приводят к снижению биологической активности. В условиях с большими и меньшими значениями биологическая активность снижается. 129 6. Среди биологических показателей максимальная информативность при выявлении зависимости от климата показана для содержания гумуса и активности каталазы. Активность инвертазы и дегидрогеназы вместе с численностью микроорганизмов коррелируют с климатическими параметрами меньше, и их зависимости носят более сложный непрямолинейный характер. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамова М.М. Опыты по изучению испарения влаги из почвы // Труды Института леса. 1958. Т. XXXVIII. С. 126-139. 2. Абрамян С.А. Изменение ферментативной активности почв под влиянием естественных и антропогенных факторов // Почвоведение, 1992. № 7. С 70-82. 3. Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 251с. 4. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука. 1975. 656 с. 5. Акимцев В.В. Почвы Прикаспийской низменности Кавказа. Ростов-наДону: Изд-во РГУ, 1957. 490с. 6. Александров Г.А., Соколов М.А., Степанов A.JI. Сравнительный анализ методов измерения эмиссии газов из почвы в атмосферу // Почвоведение. 1996. № 10. С. 1192-1194. 7. Алибеков Л.А. Взаимодействие горных и равнинных ландшафтов (на примере Средней Азии). Автореф.дис. …доктора геогр.наук. М., 1988. 52 с. 8. Андреева О.В., Куст Г.С. Географическое районирование опустынивания полузасушливой и засушливой зон России // Доклады по экологическому почвоведению. 2006. Т. 2. № 2. С. 21-52. 9. Арчегова И.Б. Изменение состава гумуса в образцах некоторых почв после их промораживания // Почвоведение. 1984. № 8. С. 63-70. 10. Афонина Н.Л., Усьяров О.Г. Влияние температуры и влажности на кинетику сорбции фосфат-ионов почвами // Почвоведение. 1984. № 7. С. 3034. 11. Ахтырцев А.Б. Причины и цикличность переувлажнения земель лесостепного комплекса / Геоботаника XXI века: Материалы всероссийской научн. конф. Воронеж, 1999. С. 61-64. 12. Базыкина Г.С., Скворцова Е.Б., Тонконогов В.Д., Хохлов С.Ф. Влияние составляющих водного баланса и температурного режима на свойства постагрогенных дерново-подзолистых почв Подмосковья // Почвоведение. 2007. № 6. С. 685-697. 13. Бакинова Т.И., Воробьева Н.П., 3еленская Е.А. Почвы Республики Калмыкия. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 1999. 115 с. 14. Батова В.М. Агроклиматические ресурсы Северного Кавказа. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 432 с. 15. Бахлаева О.С., Никольский Ю.Н., Контрерас-Бенитес А., Ордас-Чапарро В. Оценка изменений свойств почв в зависимости от гидротермических условий на сельскохозяйственных угодьях (на примере Мексики) // Почвоведение. 2002. № 10. С. 1165-1170. 16. Безуглова О.С., Хырхырова М.М. Почвы Ростовской области. Ростов-наДону: Издательство Южного федерального университета, 2008. 350 с. 17. Берг Л.С. Основы климатологии. Учебник для государственных университетов и учебное пособие для педагогических институтов. Л.: Учпедгиз. 1938. 455 с. 18. Берсенева О.А., Саловарова В.П., Приставка А.А. Почвенные микромицеты основных природных зон // Известия иркутского государственного университета. Серия: биология. 2008. т. 1. № 1. С. 3-9. 19. Болдырев, В.А. Лесные почвы южной части Приволжской возвышенности. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1993. 61 с. 20. Братков В.В., Гаджибеков М.И., Атаев З.В. Изменчивость климата и динамика полупустынных ландшафтов северо-западного Прикаспия // Известия дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2008. № 4. С. 90-99. 21. Будина Л.П. Бурые полупустынные почвы / Агрохимическая характеристика основных типов почв СССР. М.: 1974. С. 261-266. 22. Вальков В.Ф. Экологическая обусловленность почвенных характеристик климатическими факторами в условиях Северо-Западного Кавказа // Из- вестия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Естественные науки. 1982. №3. С. 11-14. 23. Вальков В.Ф., Елисеева Н.В., Имгрунт И.И., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Справочник по оценке почв. Майкоп, 2004. 234 с. 24. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Климатические изменения и почвы юга России // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Серия: Естественные науки. 2008. № 6. С. 88-92. 25. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Методология исследования биологической активности почв на примере Северного Кавказа // Научная мысль Кавказа. Издательство СКНЦВШ. 1999. №1. С. 32-37. 26. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: учебник для вузов. Ростов-на-Дону; М.: МарТ, 2004. 493 с. 27. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростовна-Дону: Изд-во «Эверест», 2008. 276 с. 28. Вальков В.Ф., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Почвы Юга России: классификация и диагностика. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. 160 с. 29. Вальков В.Ф. Черты однотипности лесного почвообразования // Научная мысль Кавказа. 2006. № 4. С. 56-63. 30. Вальков В.Ф. Почвенно-географические исследования на Северном Кавказе: к истории заблуждений // Научная мысль Кавказа. 2001. № 1. С. 57. 31. Великанов Л.Л, Великанов Н.Л., Звягинцев Д.Г. Влияние температуры на активность свободных и адсорбированных ферментов // Почвоведение. 1971. №3. С. 62-68. 32. Виленский Д.Г. География почв. М.: Высшая школа,1961,с. 344, 33. Вильямс В. Р. Почвоведение: земледелие с основами почвоведения . Учебное пособие для с.-х. вузов. М.: Сельхозгиз, 1939. 447 с. 34. Вильямс В. Р. Почвоведение: общее земледелие с основами почвоведения., М.: Сельхозгиз. 1939. 145 с. 35. Воейков А.И. Климаты земного шара, в особенности России. СПб: 1884. 640 с. 36. Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М.: Высшая школа, 1964. 397 с. 37. Волобуев В.Р. Климатические условия и почвы // Почвоведение, 1956, №4. С. 25-37 38. Волобуев В.Р. О почвенно-климатических закономерностях на территории СССР // Почвоведение, 1946, №11. С. 645-648. 39. Волобуев В.Р. Система почв мира. Баку: Элм, 1973. 308 с. 40. Воробьева И.Б. Влияние гидротермических факторов на гумусное состояние почв Назаровской лесостепи // Экология и биология почв: Материалы международной научной конференции Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 2005. С. 92-95. 41. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во МГУ, 1986. 244 с. 42. Вухрер Э.Г., Шамшиева К.Т. Активность некоторых ферментов в почвах Центрального Тянь-Шаня // Почвоведение. 1968. № 3. С. 94-100. 43. Галстян А.Ш. Унификация методов исследования активности ферментов почв // Почвоведение. 1978. №2. С. 107-113. 44. Галстян А.Ш. Ферментативная активность почв Армении. Ереван: Айастан. 1974. 275 с. 45. Герасимов И.П., Глазовская М.А. Основы почвоведения и география почв. Учебник для географических факультетов университетов. М.: Географгиз. 1960. 490 с. 46. Гиляров М.С. Диагностика и география почв в свете почвеннозоологических исследований // Успехи современной биологии. 1949. т. 28. № 3. 339 с. 47. Гиляров М.С. Обратные связи и направленность эволюционного процесса // Вестник академии наук СССР. 1976. № 8. С. 4-17. 48. Глобус A.M. О термоградиентных механизмах миграции почвенной и грунтовой влаги и передвижении воды в промерзающем грунте // Почвоведение. 1962. № 2. С. 7-18. 49. Горышина Н.Г., Макаревич В.Н. Влияние термического режима почв на ход вегетации и продуктивность некоторых луговых сообществ // Труды ГТО. 1973. Выпуск 306. С. 39-48. 50. Григорьев А.А. Краткая географическая энциклопедия, Том 4. М.: Советская энциклопедия. 1964, 448 с. 51. Дадыкин В.П. Температура почвы как один из факторов, определяющих эффективность удобрений // Почвоведение. 1951. № 9. С. 557-561. 52. Дажо Р. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975. 354 с. 53. Денисова Т.В., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние гамма-излучения на биологические свойства почвы (на примере чернозема обыкновенного) // Почвоведение. 2005. № 7. С. 877-881. 54. Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-е. 1989. 110 с. 55. Димо В.Н. Основные параметры континентальности климата почв равнинной территории СССР. // Почвоведение, 1988, №9. С. 125-131. 56. Добровольский Г.В., Урусевская И.С. География почв. М.: издательство Московского университета. 1984. 416 с. 57. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2013 год. Москва, 2014. 109 с. 58. Докучаев В.В. Русский чернозем: отчет вольному экономическому обществу. М. ;Л.: Сельхозгиз, 1936. 551 с. 59. Докучаев В.В. Учение о зонах природы. М.: Географгиз, 1948. 62 с. 60. Дубовик Я.Ф. Влияние температуры почвы на эффективность удобрений на черноземах Северного Казахстана // Почвоведение. 1956. № 12. С. 6265. 61. Евдокимова Т.И., Корнеева К.И. Почвы западной части дельты реки Волги и района придельтовых ильменей // Почвенно-мелиоративные исследования Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги – М.: изд-во МГУ, 1958. C. 5-95. 62. Ершов Ю.И. Органическое вещество биосферы и почвы. Новосибирск: Наука, 2004. 104 с. 63. Залибеков З.Г. Аридное почвообразование и проблемы его изучения в регионах европейского юга России // Аридные экосистемы. 2005. Т. 11. № 26-27. С. 94-99. 64. Захаров С.А. Курс почвоведения. М.: Сельхозгиз, 1927. 285 с. 65. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии М.: изд-во МГУ, 1991. 304 с 66. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. №6. С. 48-54. 67. Звягинцев Д.Г. Биология почв и их динамика // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. М.: Наука. 1976. С. 175-189. 68. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: Изд-во Московского университета. 2007. 508 с. 69. Зольников В.Г. Почвы и природные зоны Земли. Л.:Наука. 1970. 320 с. 70. Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: Изд-во иностранной литературы, 1948. 348 с. 71. Исаченко А.Г. Основы ландшафтоведения и физико-географическое районирование. М.: Высшая школа, 1965. 328 с. 72. Казеев К.Ш. Изменение биологической активности почв предгорий Северо-Западного Кавказа при антропогенном воздействии. Диссертация…канд. биол.наук. Краснодар. 1996. 133 с. 73. Казеев К.Ш., Гайдамакина Л.Ф., Овдиенко Р.В., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Зональная изменчивость почв Северного Кавказа // Известия РАН. Серия географическая, 2006. № 5, С. 36-45. 74. Казеев К.Ш., Козин В.К., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологические особенности почв влажных субтропиков // Почвоведение. 2002. № 12. С.1474-1478. 75. Казеев К.Ш., Колесников С.И, Вальков В.Ф. Атлас почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во «Эверест», 2010. 128 с. 76. Казеев К.Ш., Колесников С.И, Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: Изд-во ЦВВР, 2004. 350 с. 77. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-дону. Изд-во ЮФУ. 2012. 260 с. 78. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д: Издво Ростовского университета, 2003. 204 с. 79. Казеев К.Ш., Кременица А.М., Колесников С.И., Казадаев А.А., Булышева Н.И., Утянская Н.И., Внукова Н.В., Вальков В.Ф. Биологические свойства почв каштаново-солонцовых комплексов // Почвоведение, 2005, №4. С. 464-474. 80. Казеев К.Ш., Кузнецова Ю.С. Эколого-биологические особенности аридных почв Прикаспийской низменности // Известия вузов. СевероКавказский регион. Естественные науки. 2010. № 5. С. 83-85. 81. Казеев К.Ш., Кутровский М.А., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние карбонатности пород на биологические свойства горных почв Северо-Западного Кавказа // Почвоведение. 2012. № 3. С. 327-335. 82. Казеев К.Ш., Овдиенко Р.В., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Особенности распределения микроорганизмов в горно-луговых почвах Кавказского биосферного заповедника // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2003. №2. С. 82-84. 83. Казеев К.Ш., Фомин С.Е., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологические свойства локально переувлажненных почв Ростовской области // Почвоведение. 2004. №3. С. 361-372. 84. Кайгоров А.И. Естественная зональная классификация климатов земного шара. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 119 с. 85. Караваева Н.А., Лебедева И.И., Герасимова М.И., Жариков С.Н. Опыт генетической интерпретации данных по водно-тепловому режиму естественных и агрогенных почв // Почвоведение. 1998. № 9. С. 1038-1048. 86. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос. 1977. 223 с. 87. Кленов Б.М. Континентальность климата как геоэкологический фактор гумусообразования в почвах северной Евразии. Интерэкспо Гео-сибирь. 2010. т. 4. № -2. с. 50-53. 88. Кленов Б.М., Чимитдоржиева Г.Д. Влияние континентальности климата на гумусообразование и элементный состав гуминовых кислот автоморфных почв Сибири // Сибирский экологический журнал. 2011. № 5. С. 665671 89. Ковда В. А., Розанов Б.Г. Почвоведение : учебник для студентов почвенных и географических специальностей университетов. М,: Высшая школа. 1988. 399 с. 90. Ковда В.A. Основы учения о почвах: Общая теория почвообразовательного процесса. Книга первая. М.: Наука, 1973. 446 с. 91. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. Книга вторая. М.: Наука, 1973. 467 с. 92. Когай Н.А. Туранская физико-географическая провинция. Автореф. дис. …доктора геогр. наук. Ташкент, 1971. 50 с. 93. Когай Н.А. Физико-географическое районирование Туранской части Средней Азии. Ташкент: Изд-во ФАН, 1969. 94. Козлов К.А. Биологическая активность почвы // Известия АН СССР. Серия биологические науки. 1966. № 5. с. 719-733. 95. Козлов К.А. Изучение биологической активности почв Восточной Сибири // Почвоведение. 1962. №4. С. 40-47. 96. Коковина Т.П., Лебедева И.И. Современные гидротермические режимы и генетико-географические особенности черноземов ETC // Успехи почвоведения. Советские почвоведы к XIII Международному конгрессу почвоведов. М.: Наука, 1986. С. 148-153. 97. Колесников С.И., Евреинова А.В., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение эколого-биологических свойств чернозема при загрязнении тяжелыми металлами второго класса опасности (Mo, Co, Cr, Ni) // Почвоведение. 2009. № 8. С. 1007-1013. 98. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2000. №3. С. 193-201. 99. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Денисова Т.В., Даденко Е.В. Биодиагностика устойчивости экологических функций почв разного генезиса к техногенным воздействиям // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2013. № 2. С. 22-25. 100. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Татосян М.Л., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения нефтью и нефтепродуктами на биологическое состояние чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2006. № 5. С. 616-620. 101. Колесников С.И., Татлок Р.К., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Денисова Т.В., Даденко Е.В. Биодиагностика устойчивости предгорных и горных почв Западного Кавказа к загрязнению нефтью и нефтепродуктами // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 1. С. 30-34. 102. Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 12, С. 1499-1505. 103. Колесников С.И., Ярославцев М.В., Спивакова Н.А., Казеев К.Ш. Сравнительная оценка устойчивости биологических свойств разных подтипов черноземов юга России к загрязнению Cr, Cu, Ni, Pb (в модельном эксперименте) // Почвоведение. 2013. № 2. С. 1-6. 104. Коломыц Э.Г. Прогноз влияния глобальных изменений климата на ландшафтную структуру горной страны // Изв. АН СССР. сер. геогр. — 1985.№1.-С. 14-30. 105. Коломыц Э.Г. Региональная модель глобальных изменений природной среды. М.: Наука, 2003. 371 с. 106. Комаров А.С. Модели сукцессии растительности и динамики почв при климатических изменениях // Компьютерные исследования и моделирование. 2009. т. 1. № 4. с. 405-413. 107. Конищев В.Н. Взаимосвязь состава и температуры криогенных почв и грунтов // Вестник Московского университета. Серия: География. 1998. № 1. С. 9-13. 108. Кононова М.М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения. М.: АН СССР. 1951. 440 с. 109. Костычев П.А. Почвы черноземной области России, их происхождение, состав и свойства. М.: Сельхозгиз, 1949. 239 с. 110. Кречетов П.П., Чернецова О.В. Эколого-географический анализ температурного режима почв Восточно-Европейской равнины и Предкавказья. М.: Пеликан, 2007, 80 с. 111. Кудеяров В.Н., Демкин В.А., Гиличинский Д.А., Горячкин С.В., Рожков В.А. Глобальные изменения климата и почвенный покров // Почвоведение. 2009. № 9. С. 1027-1042. 112. Кузнецова Ю.С., Казеев К.Ш. Влияние засоления на биологические свойства гидроморфных почв ильменей Астраханской области // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2010. №1. С. 90-93. 113. Кулик Н.Ф. Влияние термических градиентов на перераспределение парообразной воды в почвогрунтах // Почвоведение. 1963. № 12. С. 50-63. 114. Купревич В.Ф. Биологическая активность и методы ее определения. Доклады АН СССР. 1951. т.79. №5. С. 863-866. 115. Купревич В.Ф. Почвенная энзимология // Научные труды. т.4. Минск: Наука и техника. 1974. 404с. 116. Купревич В.Ф., Щербакова Т.А. Почвенная энзимология. Минск. Наука и Техника. 1966. 275 с. 117. Курганова И.Н., Типе Р. Влияние процессов замерзания-оттаивания на дыхательную активность почв // Почвоведение. 2003. № 9. С. 1095-1105. 118. Куст Г.С., Скрипникова М.И., Стома Г.В., Аветян С.А. О возможных различиях в эволюции почв степной и сухостепной зоны Евразии в условиях глобального потепления климата // Доклады по экологическому почвоведению. 2008. №2. С.68-106. 119. Ларионова A.A., Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Золотарева Б.Н., Евдокимов И.В., Кудеяров В.Н. Эмиссия диоксида углерода из агросерых почв при изменении климата // Почвоведение. 2010. № 2. С. 186-195 120. Лепорский О.Р., Седов С.Н., Шоба С.А., Бганцов В.Н. Роль промораживания в разрушении первичных минералов подзолистых почв // Почвоведение. 1990. № 6. С. 112-116. 121. Ливеровский Ю.А., Корнблюм Э.А. Зональность почвенного покрова предгорных территорий // Известия АН СССР. Серия географическая, 1960, № 3. С. 34-41. 122. Ливеровский Ю.А., Корнблюм Э.А. Зональность почвенного покрова предгорных территорий. Очерки по генезису и географии почв. М.: Наука, 1987. С. 20-26. 123. Лопатин В.Н. Аналитическая модель роста растительности в различных условиях светового и водного режимов // Успехи современной биологии. 2002. Т. 122. № 4. С. 307-315. 124. Макарычев С.В., Беховых Ю.В., Болотов А.Г. Система термостатирования для исследования теплофизических свойств почв // Агроэкология. 2010. №6. С.23-27. 125. Максютов Ф.А. Барьерные ландшафты СССР. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1981. 140 с. 126. Максютов Ф.А. Ландшафты предгорий. Уфа: Изд-во Башкирского университета, 1980. 76 с. 127. Максютов Ф.А. Проблемы барьерогенных ландшафтов СССР. Уфа: Издво Башкирского университета, 1979. 79 с. 128. Матвеев Н.М., Козлов А.Н. Современные представления о роли абиотических и биотических факторов в почвообразовательных процессах в степной зоне // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2008. Т. 17. № 3. С. 468-499. 129. Миллер Г.П. Полевая ландшафтная съемка горных территорий. Львов: Изд-во: Львовского университета, 1972. 128 с. 130. Мильков Ф.Н. Ландшафтная география и вопросы практики. М.: Мысль, 1966. 256 с. 131. Мильков Ф.Н. Физическая география: современное состояние, закономерности, проблемы. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1981. 400 с. 132. Мильков, Ф.Н.; Гвоздецкий, Н.А. Физическая география СССР. Общий обзор. Европейская часть СССР. Кавказ Изд-во: М.: Мысль, 1976.448 с. 133. Мишустин Е.Н. Анализ температурных условий бактериальных процессов почвы в связи с приспособлением бактерий к климату // Почвоведение. 1925. № 1-2. С. 43-67. 134. Мишустин Е.Н. Закон зональности и учение о микробных ассоциациях почвы // Успехи современной биологии. 1954, т. 37, № 1, С. 1-27 135. Мишустин Е.Н. Микрофлора почв южной части СССР. М.: Наука. 1966. 264 с. 136. Неданчук И.М. Взаимосвязь климатических параметров с ареалами распространения почвенных генетических горизонтов равнинной территории России. Автореферат диссертации …канд. биол. наук. Москва, 2010. 31с. 137. Никитишен В.И., Дмитракова Л.К., Заборин А.В., Демидов В.В. Миграция нитратов при промерзании серой лесной почвы и доступность их растениям // Агрохимия. 1998. № 2. С. 5-12. 138. Никитишен В.И., Курганова Е.В. Плодородие и удобрение серых лесных почв ополий Центральной России. М.: Наука, 2007. 367 с. 139. Новикова А.Ф., Панкова Е.И., Контобойцева А.А. Зональные, провинциальные и литолого-геоморфологические особенности проявления засоленности почв в южном федеральном округе России // Почвоведение. 2011. № 8. С. 923-939. 140. Овечкин C.B. Карбонатный профиль черноземов и его формирование в зависимости от биоклиматических условий: Автореф. дис. канд. геогр. наук. Почвенный институт им. В.В.Докучаева. М., 1979.24 с. 141. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. 376 с. 142. Ончуков Д.Н. Суточные закономерности переноса тепла и влаги в почве // Почвоведение. 1956. № 5. С. 25-30. 143. Орлов Д.С. Бирюкова О.Н. Гумусное состояние почв как функция их биологической активности // Почвоведение. 1984. №8. С. 39-43. 144. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Рыжова И.М. Зависимость запасов гумуса от продолжительности периода биологической активности почв // Почвоведение. 1997. № 7. С. 818-822. 145. Панкова Е.И., Конюшкова М.В. Влияние глобального потепления климата на засоленность почв аридных регионов. Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2013. № 71. С. 3-15. 146. Панкова Е.И., Конюшкова М.В. Климат и засоленность почв пустынь центральной Азии // Почвоведение. 2013. № 7. С. 771. 147. Патент №2501009. Способ комплексной оценки экологического состояния почв. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Денисова Т.В., Даденко Е.В., Тищенко С.А. Южный федеральный университет, 10.12.2013. 148. Пейве Я.В. Биохимия почв. М.: 1961. 422 с. 149. Прасолов Л.И. О методах и направлениях почвоведения // Проблемы современного почвоведения. 1939. №8.С. 86-92. 150. Раменский, Л.Г. Классификация земель по их растительному покрову // Проблемы ботаники. М.: Изд-во АН СССР, 1950. С. 83-109. 151. Репях М.А., Казеев К.Ш. Диагностика и мониторинг антропогенного воздействия на почвы по микробиологическим показателям // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. № 3. 2007. С. 90-91. 152. Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение: учебник для студентов лесохозяйственных факультетов вузов. М.: Высшая школа, 1972. 479 с. 153. Роде А.А. Система методов исследования в почвоведении . Новосибирск: Наука, 1971. -92 с. 154. Рожков В.А. Почвы и почвенный покров – свидетели и индикаторы глобальных изменений климата // Почвоведение. 2009. № 2. С. 134-143. 155. Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Академический проект, 2004. 432 с. 156. Розов H.H. Принципы природного районирования СССР для целей сельскохозяйственного производства. «Почвоведение», № 8, 1954. С. 1-16. 157. Сабанин А.Н. Заметка о теплоемкости некоторых преимущественно русских почв // Почвоведение. 1908. № 4. С. 287-291. 158. Саблина О.А. Экологические факторы гумусообразования степных почв Оренбургского Зауралья // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 6 (112). С. 132-136. 159. Савинов Д.Д., Винокуров А.А. Климатические и геокриологические условия формирования почв северо-востока Якутии // Наука и образование. 2007. №2. С.73-76. 160. Савченко Е.Г. Воздействие высушивания и нагревания почв на подвижность питательных веществ // Почвоведение. 2004. №3. С. 322-331. 161. Сибирцев Н.М. Почвоведение. Спб., 1901. 162. Скворцова Е.Б., Сапожников П.М. Трансформация поровогопространства уплотненных почв в ходе сезонного промерзания и оттаивания //Почвоведение. 1998. № 11. С. 1371-1381. 163. Соколов Д.Ф., Иваницкая Е.Ф. Влияние продуктов распада растительных остатков на лесорастительные свойства почв сосняков М.: Наука. 1971. 88 с. 164. Справочник по климату СССР. Осадки. Выпуск 13, часть 4, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1968, 492 с. 165. Справочник по климату СССР. Температура воздуха и почвы. Выпуск 13, часть 2, Ленинград: Гидрометеоиздат, 1966, 492 с. 166. Степанов В.Н. О минимальных температурах для прорастания семян и появления всходов полевых культур // Советская агрономия. 1948. № 1. С. 56-63. 167. Стрелкова В.И. Влияние переувлажнения и засоления на биологические свойства почв юга России: диссертация ... кандидата биологических наук: Ростов-на-Дону, 2006. 145 с. 168. Стриганова Б.Р. Пространственные вариации функциональной структуры сообществ животного населения степных почв Европейской России // Поволжский экологический журнал. 2005. № 3. с. 268-276. 169. Стриганова Б.Р.Пространственное распределение ресурсов животного населения почв в климатических градиентах // Успехи современной биологии. 2009. т. 129. № 6. С. 538-549. 170. Суюндуков Я.Т. Экология пахотных почв Зауралья республики Башкоркостаню Уфа: Гилем. 2001. 255 с. 171. Тараканов Г.И. Роль термического фактора в перераспределении влаги в поле // Почвоведение. 1955. № 9. С. 25-36. 172. Тарасов А.А., Сукачев В.С. Связь степной растительности с рельефом // Экология. 1981. №1. С.86-88. 173. Титлянова А.А., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Романова И.П. Подземные органы растений в травянистых экосистемах // Новосибирск: Наука, 1996. 128 с. 174. Тольский А.П. К вопросу о влиянии температуры почвы на рост корней //Журнал опытной агрономии. 1901. Т. 2. 175. Тулина А.С., Семенов В.М., Розанова Л.Н., Кузнецова Т.В., Семенова Н.А. Влияние влажности на стабильность органического вещества почв и растительных остатков // Почвоведение. 2009. №11. С. 1333-1340. 176. Уткаева В.Ф. Влияние содержания и состава гумуса на структурное состояние аллювиальных почв / Экология и биология почв: Материалы международной научной конференции Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 2005. С. 512-514. 177. Файбишенко Б.А. Влияние температуры на влажность, энтропию и всасывающее давление влаги в суглинках // Почвоведение. 1983. № 12. С. 4348. 178. Федорова Н.М. Температурный режим суглинистых почвогрунтов водоразделов Сосьвинского Приобья Западной Сибири и некоторые аспекты современного почвообразования // Почвоведение. 1970. № 3. С. 74-91. 179. Федорова Н.М., Ярилова Е.А. Гидротермический режим и морфология суглинистых почвогрунтов средней тайги Западной Сибири // Почвоведение. 1972. № 7. С. 79-88. 180. Филимонов Д.А., Стрельникова Р.А. Влияние температуры и влажности почвы на размеры газообразных потерь азота // Почвоведение. 1979. №7. С. 57-60. 181. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука. 1990. 189 с. 182. Хазиев Ф.Х. Почвенные ферменты. М.: Знание, 1972. 32 с. 183. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. М.: Наука. 1982. 203с. 184. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. М.: Наука, 1976.180 с. 185. Хазиев Ф.Х., Гулько А.Е. Ферментативная активность почв агроценозов и перспективы ее изучения // Почвоведение. 1991, №8. С. 88-103. 186. Хазиев Ф.Х., Хабиров И.К. Физико-географические факторы и ферментативная активность почв // Почвоведение. 1983. №11. С.57-65. 187. Христенко С.И., Шатохина С.Ф. Влияние гидротермических факторов на микробный комплекс оподзоленного чернозема // Почвоведение. 2002. № 3. С. 335-339. 188. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ, 2001. 528 с. 189. Хромых В.С. Роль растительного покрова в динамике пойменных ландшафтов / Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий: Материалы II Международной конференции. Оренбург: Изд-во Оренбургского государственного педагогического университета, 2006. С. 113-115. 190. Хрусталев Ю.П., Борликов Г.М., Хулхачиев Б.С. Эколого-географический словарь-справочник. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2002. 231 с. 191. Хрусталев Ю.П., Василенко В.Н., Свисюк И.В., Панов В.Д., Ларионов Ю.А. Климат и агроклиматические ресурсы Ростовской области. Ростовна-Дону: Батайское книжное изд-во, 2002, 184 с. 192. Худяков О.И., Решоткин О.В., Бедрина Т.Н. Изменение климата черноземов лесостепи Предуралья в связи с современной тенденцией потепления климата // Известия самарского научного центра российской академии наук. 2010. Т. 12. № 1-4. С. 1079-1084. 193. Цыганенко А.Ф. География почв. Д.: Изд-во ЛГУ, 1972. 267 с. 194. Чернов И.Ю. Широтно-зональные и пространственно-сукцессионные тренды в распределении дрожжевых грибов // Журнал общей биологии. 2005. т. 66. № 2. С. 123-135. 195. Четыркин В.М. Опыт комплексной географической характеристики и районирования // Труды Ташкентского университета, 1960, вып.182. 196. Чимитдоржива Г.Д., Кленов Б.М. Природа гуминовых кислот почв северной Евразии в зависимости от континентальности климата // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2011. Т. 4. С. 241-244. 197. Чупахин В.М. Физическая география Северного Кавказа. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1974. 198 с. 198. Шеин Е.В. Основы физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с. 199. Шульгин A.M. О температурном режиме и влажности приповерхностных слоев почвы под сельскохозяйственными культурами // Метеорология и гидрология. 1940. № 6-7. С. 13-19, 200. Шульгин A.M. Температурный режим почвы. Л: 1957. 242 с. 201. Щеглов Д.И. Дудкин, Ю.И. Крамарева Т.Н. Учение о факторах почвообразования. Изд-во Воронежского университета, 2008, 34 с. 202. Якушев А.В., Кузнецова И.Н., Благодатская Е.В., Благодатский С.А. Зависимость активности полифенолпероксидаз и полифенолоксидаз в современных и погребенных почвах от температуры // Почвоведение. 2014. № 5. С. 590. 203. Яунпутнинь А.И. К вопросу о географическом районировании // Изв. ДВО. 1946. - Вып. 1. - Т. 78. - С. 91 - 108. 204. Allison S.D. Cheaters, diffusion and nutrients constrain decomposition by microbial enzymes in spatially structured environments // Ecology Letters. 2005. №8. Р. 626-635. 205. Allison S.D., Treseder K.K. Warming and drying suppress microbial activity and carbon cycling in boreal forest soils // Global Change Biology. 2008. №14. Р. 2898-2909. 206. Bachmann J., Horton R., Grant S.A., van der Ploeg R.R. Temperature Dependence of Water Retention Curves for Wettable and Water-Repellent Soils // Soil Science Society of America Journal. 2002. Vol. 66. P. 44-52. 207. Bachmann J., Horton R., van der Ploeg R.R. Isothermal and Nonisothermal Evaporation from Four Sandy Soils of Different Water Repellency // Soil Science Society of America Journal. 2001. Vol. 65. P. 1599-1607. 208. Baldrian P., Merhautova V., Petrakova M., Cajthaml T., Snajdr J., Distribution of microbial biomass and activity of extracellular enzymes in a hardwood forest soil reflect soil moisture content // Applied Soil Ecology. 2010. №46. Р. 177-182. 209. Bastida F., Moreno J.L., Hernandez T., Garcıa C. Microbiological degradation index of soils in a semiarid climate // Soil Biology & Biochemistry. Volume 38. 2006. P. 3463–3473. 210. Bell T.H., Henry H.A.L. Fine scale variability in soil extracellular enzyme activity is insensitive to rain events and temperature in a mesic system // Pedobiologia. 2011. №54. Р. 141-146. 211. Bell T.H., Klironomos J.N., Henry H.A.L. Season responses of extracellular enzyme activity and microbial biomass to warming and nitrogen addition. Soil // Science Society of America Journal. 2010. №74. Р. 820-828. 212. Carlyle C.N., Fraser L.H., Turkington R. Tracking soil temperature and moisture in a multi-factor climate experiment in temperate grassland: do climate manipulation methods produce their intended effects? // Ecosystems. 2011. №14. Р. 489-502. 213. Cary J.W. Water flux in moist soil: thermal versus suction gradients // Soil Science. 1965. Vol. 100. №.3. P. 168-175. 214. Cary J.W., Taylor S.A. Thermally driven liquid and vapor phase transfer of water and energy in soil // Soil Science Society Proceedings. 1962. P. 417-420. 215. Chowdhury N., Marschner P., Burns R.G. Soil microbial activity and community composition as affected by interaction of matric and osmotic potential // Soil Biology & Biochemistry. 2011. №43. Р. 1229-1236. 216. Constantz J. Temperature dependence of unsaturated hydraulic conductivity of two soils // Soil Science Society of America Journal. 1982. Vol. 46. P. 466470. 217. Cotton Jennifer M., Jeffery M. Louise, Sheldon Nathan D. Climate controls on soil respired CO2 in the United States: Implications for 21st century chemical weathering rates in temperate and arid ecosystems // Chemical Geology. 2013. №358. Р. 37-45. 218. Cox L.M., Boersma L. Transpiration as a Function of Soil Temperature and Soil Water Stress // Plant Physiology. Apr. 1967. Vol. 42. P. 550-556. 219. Cusack D.F., Torn M.S., McDowell W.H., Silver W.L. The response of heterotrophic activity and carbon cycling to nitrogen additions and warming in two tropical soils // Global Change Biology. 2010. №16. Р. 2555-2572. 220. De Jong R. Water retention equations and their relationship to soil organic matter and particle size distribed samples// Canadian Journal of Soil Science. 1983. 63, №2. P. 291-302. 221. Eds Oliver J.E., Fairbridge R.W. The Encyclopedia of Climatology. New York: van Nostrand Reinhold, 1987. Vol. 11. 963 p. 222. Epstein H. E., Burke I. C., Lauenroth W. K. Regional patterns of decomposition and primary production rates in the U.S. Great Plains // Ecology. 2002. №83. Р. 30-32. 223. Fierer N., Schimel J.P. A proposed mechanism for the pulse in carbon dioxide production commonly observed following the rapid rewetting of a dry soil // Soil Science Society of America Journal. 2003. № 67. Р. 798-805. 224. Fierer N., Schimel J.P. Effects of drying-rewetting frequency on soil carbon and nitrogen transformations // Soil Biology & Biochemistry. 2002. №34. Р. 777-787. 225. Grundmann G.L., Renault P., Rosso L., Bardin R. Differential Effects of Soil Water Content and Temperature on Nitrification and Aeration // Soil Sci. Soc. Am. J. 1995. Vol. 59. Pp. 1342-1349. 226. Henry H.A.L. Soil extracellular enzyme dynamics in a changing climate // Soil Biology & Biochemistry. 2013. №47. Р. 53-59. 227. Henry H.A.L., Juarez J.D., Field C.B., Vitousek P.M. Interactive effects of elevated CO2, N deposition and climate change on extracellular enzyme activity and soil density fractionation in a California annual grassland // Global Change Biology, № 11, 2005. Р. 1808-1815. 228. Homann P.S., Sollins P., Chappell H.N., Stangenberger A.G. Soil organic carbon in a mountainous, forested region: relation to site characteristics // Soil Science Society. 1995. №59. Р. 1468-1470. 229. Hopmans J.W., Dane J.H. Effect of temperature-dependent hydraulic properties on soil water movement // Soil Science Society of America Journal. 1985. Vol. 49. P. 5158. 230. Jaynes D.B., Taylor E.J. Using soil physical properties to estimate hydraulic conductivity// Soil Science, 1985, № 4, Р. 298-305. 231. Jobbagy E.G., Jackson R.B. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation // Ecology. 2000. № 10. Р. 423-443. 232. Joshua W.D., De Jong E. Soil moisture movement under temperature gradients // Canadian Journal of Soil Science. 1973. Vol. 53. P. 49-57. 233. Kardol P., Cregger M.A., Campany C.E., Classen, A.T. Soil ecosystem functioning under climate change: plant species and community effects // Ecology. 2010. №91. Р. 767-781. 234. King G.M., Adamsen A.P.S. Effects of Temperature on Methane Consumption in a Forest Soil and in Pure Cultures of the Methanotroph Methylomonas rubra II Appl. Environ. Microbiol. 1992 September. Vol. 58(9). Pp. 2758-2763 235. Koch O., Tscherko D., Kandeler E. Temperature sensitivity of microbial respiration, nitrogen mineralization, and potential soil enzyme activities in organic alpine soils // Global Biogeochemical Cycles. 2007. № 21(4), GB4017. 236. Lin C., Greenwald D., Banin A. Temperature dependence of infiltration rate during large scale water recharge into soils // Soil Science Society of America Journal. 2003. Vol. 67. P. 487-493. 237. Liu H.H., Dane J.H. Reconciliation between Measured and Theoretical Temperature Effects on Soil Water Retention Curves // Soil Science Society of America Journal. 1993. Vol. 57. P. 1202-1207. 238. Luxhoi J., Magid J., Tscherko D., Kandeler E. Dynamics of invertase, xylanase and coupled quality indices of decomposing green and brown plant residues. // Soil Biology & Biochemistry. 2002. № 34, Р. 501-508. 239. McDaniel M.D, Kaye J.P., Kaye M.W. Increased temperature and precipitation had limited effects on soil extracellular enzyme activities in a post-harvest forest // Soil Biology & Biochemistry. 2013. № 56. Р. 90-98 240. Miller, A.E., Schimel, J.P., Meixner, T., Sickman, J.O., Melack, J.M. Episodic rewetting enhances carbon and nitrogen release from chaparral soils // Soil biology & biochemistry. 2005. №37, 2195 р. 241. Nassar I.N., Horton R., Globus A.M. Thermally induced water transfer in salinized, unsaturated soil // Soil Science Society of America Journal. 1997. Vol. 61. P. 1293-1299. 242. Nielsen C.B., Groffoian P.M., Hamburg S.P., Driscoll Ch.T., Fahey T.J., Hardy J.P. Freezing Effects on Carbon and Nitrogen Cycling in Northern Hardwood Forest Soils // Soil Science Society of America Journal. 2001. Vol. 65. P. 17231730. 243. Parkin T.B., Kaspar T.C. Temperature Controls on Diurnal Carbon Dioxide Flux: Implications for Estimating Soil Carbon Loss // Soil Science Society of America Journal. 2003. Vol. 67. P. 1763-1772. 244. Post W.M., Emanuel W.R., Zinke P.J. and Stangenberger A.G. Soil carbon pool sand world life zones // Nature. 1982. Vol. 298: Р. 156-159. 245. Qiu G.Y., Ben-Asher J., Yano Т., Momii K. Estimation of Soil Evaporation Using the Differential Temperature Method // Soil Science Society of America Journal. 1999. Vol. 63. P. 1608-1614. 246. Radmer R.J., Кок B. Rate-Temperature Curves as an Unambiguous Indicator of Biological Activity in Soil // Appl. Environ. Microbiol. 1979 August. Vol. 38(2). P. 224-228 247. Rose C.W. Water transport in soil with a daily temperature wave. I. Theory and experiment. II. Analysis. // Australian Journal of Soil Research. 1968. Vol. 6. № 1. P. 31-44. 248. Scanlon D., Moore T. Carbon dioxide production from peatland soil profiles: the influence of temperature, oxic/anoxic conditions and substrate // Soil Science. February 2000. Vol. 165(2). P. 153-160, 249. Schimel J., Balser T.C., Wallenstein M. Microbial stress-response physiology and its implications for ecosystem function // Ecology. 2007. № 88. Р. 13861394. 250. Schimel, J., Balser, T.C., Wallenstein, M.,. Microbial stress-response physiology and its implications for ecosystem function // Ecology. 2007. №88, Р. 13861394. 251. Sinsabaugh R.L., Lauber C.L., Weintraub M.N., Ahmed B., Allison S.D., Crenshaw C., Contosta A.R., Cusack D., Frey S., Gallo M.E., Gartner T.B., Hobbie S.E., Holland K., Keeler B.L., Powers J.L., Stursova M., Takacs- Vesbach C., Waldrop M.P., Wallenstein M.D., Zak D.R., Zeglin L.H. Stoichiometry of soil enzyme activity at global scale // Ecology. 2008. № 11. Р.12521264. 252. Sowerby A., Emmett B., Beier C., Tietema A., Peñuelas J., Estiarte M., Van Meeteren M.J.M., Hughes S., Freeman C. Microbial community changes in heath land soil communities along a geographical gradient: interaction with climate change manipulations // Soil Biology & Biochemistry. 2005. № 37. Р. 1805-1813. 253. Steinweg J.M. Sensitivity of Microbial Community Physiology to Soil Moisture and Temperature in an Old Field Ecosystem, Graduate Degree Program in Ecology. Colorado State University. Fort Collins. 2011. 254. Taylor S.A., Cavazza L. The movement of soil moisture in response to temperature gradients // Soil Science Society of America Journal. 1954. Vol. 18. № 4. P. 351-358. 255. Wallenstein M., Allison S.D., Ernakovich J., Steinweg,J.M., Sinsabaugh R.L. Controls on the temperature sensitivity of soil enzymes: a key driver of in situ enzyme activity rates // Soil Enzymology. 2011. Р. 245-258. 256. Wallenstein M.D., Burns R.G. Ecology of extracellular enzyme activities and organic matter degradation in soil: a complex community-driven process. Methods of Soil Enzymology. Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin, USA. Р. 35-55. 257. Wallenstein M.D., Haddix M.L., Lee D.D., Conant R.T., Paul E.A. A litterslurry technique elucidates the key role of enzyme production and microbial dynamics in temperature sensitivity of organic matter decomposition // Soil Biology & Biochemistry. 2012. № 47. Р. 18-26. 258. Wallenstein M.D., Weintraub M.N. Emerging tools for measuring and modeling the in situ activity of soil extracellular enzymes // Soil Biology & Biochemistry. 2008. № 40. Р. 2098-2106. 259. Wang Mei-Yan, Shi Xue-Zheng, Yu Dong-Sheng, Sheng-Xiang Xu, Man-Zhi Tan, Wei-Xia Sun, Yong-Cun Zhao Regional Differences in the Effect of Cli- mate and Soil Texture on Soil Organic Carbon // Pedosphere. 2013. Vol. 23. P. 799-807. 260. Weber J.B., Caldwell A.C. Soil and Plant Potassium as Affected by Soil Temperature Under Controlled Environment // Soil Sci. Soc. Am. J. Sep 1964. Vol. 28. P. 661 667. 261. Weedon J.T., Kowalchuk G.A., Aerts R., van Hal J., van Logtestijn R., Tas N., Rоling van Bodegom P.M. Summer warming accelerates sub-arctic peatland nitrogen cycling without changing enzyme pools or microbial community structure // Global Change Biology. 2011. №10. Р. 1365-2486. 262. Weeks L.V., Richards S.J., Letey J. Water and salt transfer in soil resulting from thermal gradients // Soil Science Society of America Journal 1968. Vol. 32. P. 193-197. 263. Weintraub M.N., Scott-Denton L.E., Schmidt S.K., Monson R.K. The effects of tree rhizodeposition on soil exoenzyme activity, dissolved organic carbon, and nutrient availability in a subalpine forest ecosystem // Ecology. 2008. № 154. Р. 327-338.