Влияние крутизны и экспозиции склона на гумусное состояние эродированных почв предгорной и горной провинции Дагестана

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 531.459.21:631.472.56

ВЛИЯНИЕ КРУТИЗНЫ И ЭКСПОЗИЦИИ СКЛОНА НА ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ ПРЕДГОРНОЙ И ГОРНОЙ ПРОВИНЦИИ ДАГЕСТАНА

2009 Бабаева М.А.

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН

Показаны основные проблемы экологии и плодородия почв в аспекте своеобразия природы предгорной и горной провинции Дагестана. Дан анализ собственных и имеющихся в литературе данных всесторонних исследований, позволяющих установить причины эрозии и потери плодородия почв в зависимости от рельефа и экспозиции склона. Рассмотрены результаты оценки гумусного состояния эродированных почв, формирующихся в горных условиях.

The main problems of ecology and fertility of soils in the aspect of originality of nature of foothills and mountain provinces of Daghestan are shown in the article. Analysis of own data and literature of thorough researches allows to reveal causes of the erosion and loss of fertility of soils in dependence of slope relief and exposition. The results of estimation of humus state of eroded soils formed in mountain conditions are examined.

Ключевые слова: гумус, экологическое состояние, формы рельефа, эродированные почвы, антропогенное и естественное влияние.

Keywords: humus, ecological condition, relief forms, truncated soils, anthropogenic and natural influence.

В последнее время эрозионные процессы стали причиной потери больших площадей продуктивных земель на территории Дагестана. Эрозионные процессы наносят невосполнимый ущерб народному хозяйству Дагестана, вызывают снижение плодородия почв и деградацию в результате разрушения верхнего перегнойного почвенного слоя и выноса питательных веществ, ливневые дожди, селевые потоки и пыльные бури приводят к гибели посевов вследствие выдувания мелкозема, нарушают сенокосы и пастбища, создают пестроту увлажненности почвы и почвенную засуху, заливают канавы и

коллекторно-дренажную сеть,

расстраивают водный режим территории, оказывают

отрицательное влияние на природную среду и здоровье людей. В Дагестане все районы в том или иной степени подвержены эрозии. Особое распространение эрозионные

процессы получили на территории Агульского, Сулейман-Стальского, Ногайского, Буйнакского, Ахтынского, Лакского и других районов [1, 7].

Характерной особенностью

Дагестана является то, что богарное земледелие ведется большей частью на склоновых землях, подверженных в различной степени водной эрозии. Одним из ведущих показателей,

определяющих интенсивность

проявления эрозионных процессов, а также возможность хозяйственного освоения земель, является величина уклона поверхности. Для рельефа Дагестана характерно наличие большого процента крутых склонов. Достаточно отметить, что около 49,6% площади республики представлено склонами круче 12 градусов; из них 37% занято склонами, крутизна которых превышает 25 градусов. Лишь только для площади 6,4% характерно наличие уклонов в пределах от 2 до 8 градусов; склоны крутизной 8-16 градусов занимают 7,1% общей территории Дагестана [10].

Большая часть склоновых земель предгорной и горной части Дагестана подвержена водной склоновой и пастбищной эрозии. Эродированные почвы отличаются неблагоприятными для растений физическими и химическими свойствами, что ведет к резкому снижению их плодородия,

которое выражается малой мощностью верхних генетических горизонтов, малой емкостью поглощения, повышенным значением объемного и удельного веса, неблагоприятным для культурных растений и, следовательно, для накопления в почве органического вещества и усиления деятельности полезной микрофлоры, водным, воздушным и тепловым режимом, что является основной причиной низкой продуктивности этих почв [4].

Разрушение почв в результате

эрозионных процессов приводит к потере органического вещества [8, 11]. Ведущими природными факторами развития эрозии являются формы рельефа, климат и растительность, которые, сильно варьируя в широтной и вертикальной поясности предгорий и гор, непосредственно влияют на

характер проявления эрозионных

процессов. Предгорные и горные почвы формируются в особых

условиях рельефа: склоны различной формы, крутизны и экспозиции.

Горный рельеф, обусловливающий интенсивное развитие эрозионных

процессов, определяет постоянное «омоложение» горных почв и, соответственно, «молодость» их

гумуса [8].

Обилие относительно крутых форм рельефа создает возможность проявлению эрозии почв, особенно

пахотных почв. Естественные

процессы эрозии, способствуют

сокращению и изменению ландшафта территории [2-5, 10].

Объекты и методы

исследования

Объектами нашего исследования были основные типы почв предгорной и горной провинций,

распространенные в различных природных зонах. В целях изучения гумусного состояния почв в

зависимости от рельефа и экспозиции склонов закладывались почвенные разрезы на различных элементах рельефа, включая агроценозы на разных типах почв с учетом различных условий их формирования.

В отобранных образцах после камеральной обработки проведены соответствующие анализы. В целях изучения запасов гумуса определяли объемный вес почвы и гранулометрический состав по методу Качинского. Запасы гумуса вычисляли по формуле: х=Ь И а, где Ь - объемный вес, г/см3, И - высота почвенного слоя см, а - процентное содержание гумуса, х - запасы гумуса в т/га. Гумус определяли по методу И. В. Тюрина в модификации Н. П.

Бельчиковой(1981), общий азот - по Кьельдалю (ГОСТ-26107-84).

Результаты исследований

В связи с неоднородностью рельефа и разнообразием экологических факторов, влияющих на почвообразовательный процесс, содержание гумуса в горных почвах различно.

В Дагестане В. В. Докучаев [9] наблюдал резкую смену почв, растительности и плодородия почв на сравнительно небольших

расстояниях и первой причиной этого считал рельеф местности. Преобладающими почвами в предгорьях являются: темно-

каштановые, каштановые, луговокаштановые, коричневые, бурые лесные. Почвы предгорной зоны большей частью подвержены эрозии, характеризуются в основном средне-и тяжелосуглинистым

гранулометрическим составом.

Особенности рельефа местности и высотные положения в системе вертикальной зональности оказывают значительное влияние на содержание гумуса. В зависимости от типа почв и степени подверженности эрозии

гумуса в перегнойном горизонте содержится от 1,8 до 6-10%, а общим и гидролизуемым азотом эти почвы обеспечены средне. Почвы горной зоны в основном маломощные, щебнистые, гранулометрический состав почв преимущественно среднесуглинистый. Содержание гумуса в этих почвах колеблется от 1,2 до 10-12%, общим и гидролизуемым азотом почвы обеспечены средне и высоко. Наиболее сильное разрушение почвы происходит на пашне, не защищенной растительностью, где от дождевых и талых снеговых вод стекают по поверхности, смывая плодородный слой. Наиболее характерным

показателем эродированных почв является мощность генетических горизонтов и особенно

гумусированных. Смытые почвы существенно отличаются от полнопрофильных прежде всего уменьшением запасов и содержанием

гумуса, что больше всего ухудшает их плодородие. Обладая коллоидными свойствами, гумусовые вещества склеивают и цементируют механические элементы почвы и структурные агрегаты, влияя тем самым на водно-воздушные свойства и противоэрозионную устойчивость почвы [11].

Наибольшее количество

площадей, подверженных ускоренной эрозии, отмечается в Новолакском и Ахтынском районах. Объясняется это, очевидно, большой расчлененностью территории этих районов, наличием более резких перепадов высотных отметок. Зависимость степени эродированности почв от рельефа, и в частности от величины уклонов, отмечена многими исследованиями [3, 4, 6, 13]. С увеличением степени смытости почвы запасы

органического вещества в ней уменьшаются (табл. 1).

Таблица 1

Содержание гумуса в темно-каштановой и коричневой почве

Новолакского района в зависимости от степени смытости, %

Слой почвы,см Несмытая Слабосмытая Среднесмытая Сильносмытая Намытая

Коричневая 0 - 20 3,9 2,8 1,9 1,4 3,0

20 - 40 2,0 1,5 1,1 0,79 2,3

Темно-каштановая 0 - 20 4,0 2,4 2,1 1,3 3,2

20 - 40 2,2 1,2 1,0 0,8 2,5

гумусом

наиболее

Особенно бедны сильносмытые почвы крутых участков склона, где содержание его составляет 1,4% против 3,9% в несмытых почвах. В эродированных почвах запасы гумуса значительно ниже, чем в несмытых почвах. Уменьшение запасов гумуса в профиле смытых почв

непосредственно связано с изменением количества гумуса в верхнем 20-сантиметровом слое, а также в 50-сантиметровом слое почвы, так как поверхностные горизонты ее наиболее богаты

перегноем, а эрозия разрушает именно эти горизонты.

Таким образом, если в процессе эрозии смывается полуметровый слой, то почвы теряют почти все запасы органического вещества (7080%). Смыв верхних, менее выщелоченных горизонтов,

обусловливает увеличение

карбонатов в обрабатываемом слое почвы, возрастает степень насышенности и сумма поглощенных оснований, увеличивается рН (табл. 2).

Показатели эродированных коричневых почв

Таблица 2

Степень смытости почвы Крутизна склона, градус Мощность гумусового горизонта, см Сумма поглощенных оснований, м-экв. Перегной, % Степень насыщенности, % рН

Несмытая - 66 46,0 3,9 70,3 6,8

Слабосмытая 6 57 55,0 2,8 70,4 6,7

Среднесмытая 9 22 55,1 1,9 75,2 6,8

Сильносмытая 13 14 57,4 1,4 82,1 7,9

В каштановых, темно-каштановых и коричневых почвах (Новолакский район) при слабой и средней эрозии наблюдалось поднятие границы вскипания. Во многих разрезах, заложенных на эродированных почвах (светло-каштановые, темнокаштановые, коричневые,

каштановые, лесные бурые остепненные), вскипание от 10% соляной кислоты начиналось с 30-35 см, в среднесмытых - 20-30 см, в сильносмытых - 0-10 см.

Таким образом, с увеличением степени эродированности почв резко уменьшается содержание гумуса и возрастает количество карбонатов, что и является одной из характерных особенностей эродированных почв. В эродированных почвах возрастает рН. В темно-каштановых, коричневых почвах с увеличением

эродированности отмечалось

увеличение рН от 6,8 в несмытой почве до 7,9 - сильносмытой.

Разнообразие рельефа, климата в горных условиях способствовало формированию самых разнообразных типов и подтипов почв. По данным [10], широкое распространение в горной зоне получили горно-луговые, горно-луговые дерновые, горнолуговые степные, горно-луговые черноземовидные, лесные горнолуговые почвы. Горные почвы,

формировавшиеся в субальпийском и альпийском поясах, отличаются высоким содержанием гумуса в гумусовом горизонте (4,56-10,00%) в зависимости от экспозиционной ориентации. В эродированных почвах мощность гумусового горизонта составляет 4-5 см и содержание гумуса низкое. Для оценки влияния крутизны склона на уровень плодородия почв (Ахтынский район) мы взяли три признака: мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, общего и гидролизуемого азота. На содержание гумуса, наряду с другими факторами, оказывает влияние также крутизна склона. При высокой крутизне склона накопление фитомассы ослабляется, наиболее благоприятные условия

представлены на платообразных формах рельефа. Количество гумуса и мощность гумусового горизонта на склонах северной экспозиции больше по сравнению с южной экспозицией. Это связано с тем, что на склонах южной экспозиции эрозионноаккумулятивные процессы выражены относительно сильнее, чем на склонах северной экспозиции. В пределах одной экспозиции количество гумуса и мощность гумусового горизонта зависят от кривизны и экспозиции склонов.

Рис. Содержание гумуса и мощность гор. А в горно-луговых почвах в

зависимости

от абсолютной высоты и типа склона (северная и южная экспозиции) * - мощность гумусового слоя, см,** - содержание гумуса в гор. А, %

Как видно из рисунка, в

платообразной части северного склона мощность гумусового

горизонта горно-луговых почв составляет 17 см, а содержание гумуса - 11,35%. На вогнутых

участках этого же склона мощность гумусового горизонта увеличивается на 2-4 см, а на выпуклых местах уменьшается в 2 раза по сравнению с условиями платообразного рельефа. В нижнем конце вогнутой части склона мощность гумусового

горизонта увеличивается на 13 см по сравнению с прямым склоном.

Наши исследования показывают, что с увеличением угла уклона местности происходит резкое уменьшение мощности гумусового горизонта, и на склоне крутизной более 7 градусов горизонт А

совершенно исчезает, содержание валового гумуса с 8,25% снижается до 4,93%, соответственно запасы валового гумуса уменьшаются с 400 до 174 т/га (табл. 3).

Таблица 3

Зависимость мощности гумусового горизонта, содержание и запасов

гумуса

от крутизны склонов

Уклон в градусах Мощность го ризонтов (см) Гумус

А А+В % т/га

До 3 (шлейф) 48 64 8,25 400

3-5 38 50 6,83 300

5-7 28 38 6,15 210

Более 7 - 18 4,93 174

Одним из основных причин

уменьшения мощности гумусового горизонта, содержания и запасов

валового гумуса на пахотных

склоновых почвах является интенсивное развитие эрозионных процессов. Нами установлено, что на склоне до 1 градуса водная эрозия отсутствует, она начинает

проявляться при уклоне 2 градуса, смыв почвы при уклоне 2 градуса составляет 2,9 т/га, и с возрастанием уклона до 4-5 уменьшение достигает 14,5 т/га, а при 7 градусах составляет 26,4 т/га. Следует отметить, что в основном смывается самая

плодородная часть почвы, богатая гумусом 11,3%, а оставшаяся почва содержит гумуса 9,7%.

Эрозионные процессы оказывают большое влияние на агрофизические, физико-химические свойства

склоновых пахотных почв. Во многих местах наблюдается полное разрушение растительного,

почвенного покрова, сокращается количество горных пастбищ. Большой ущерб наносят быстро образующиеся овраги, которые исключают из сельскохозяйственного оборота

пропашные земли. Связь плодородия почв с формой рельефа, крутизной и

экспозицией склонов была установлена исследованиями [6, 7, 12] и другими авторами.

Величина уклонов местности является одним из главных факторов развития процессов эрозии почв. Чем короче и круче склон местности, тем сильнее развиваются эти процессы. С увеличением степени

эродированности почв возрастает корреляционная зависимость

отдельных их свойств с урожайностью сельскохозяйственных культур. Например, коэффициент корреляции между содержанием гумуса и урожайностью яровой пшеницы на неэродированных почвах составляет 0,73,

слабоэродированных - 0,86,

среднеэродированных - 0,89 и на сильноэродированных он достигает 0,93. Между мощностью гумусового горизонта и урожайностью соответственно 0,76; 0,89; 0,94; 0,95. Это объясняется тем, что роль гумуса и мощность гумусового горизонта в создании урожая на эродированных почвах гораздо выше, чем на почвах, не подверженных эрозии.

Выводы

1. Степень проявления водной эрозии тесно связана с величиной

оказывают климат и формы рельефа -крутизна и экспозиции склонов.

4. Почвы предгорной и горной зон с учетом подверженности эрозионным процессам и содержанием гумуса можно расположить по убывающей устойчивости к эрозии в следующем порядке: бурые лесные, горнолуговые черноземовидные,

коричневые, темно-каштановые,

каштановые, светло-каштановые.

уклона и протяженностью склонов: чем уклон выше и короче, тем интенсивнее степень

эродированное™ почв.

2. Пахотные почвы предгорий и гор обладают различной степенью противоэрозионной устойчивости в зависимости от уклона местности.

3. На уровень накопления гумуса в

эродированных почвах предгорной и горной зон Дагестана

преимущественное влияние

Примечания

1. Акаев Б.А., Атаев З.В., Гаджиева З.Х. и др. Физическая география Дагестана. М. : Школа, 1996. 384 с. 2. Атаев З.В. Ландшафтная структура Предгорного Дагестана // Антропогенные ландшафты: структура, методы и прикладные аспекты изучения: Межвуз. сб. научн. трудов. Воронеж : Изд-во ВорГУ, 1988. С. 79-89. 3. Атаев З.В. Вопросы агрохозяйственной оптимизации ландшафтов Предгорного Дагестана // Труды Географического общества Дагестана. Вып. ХХ\/111-ХХ1Х. Махачкала, 2001. С. 85-86. 4. Атаев З.В. Ландшафты Предгорного Дагестана и вопросы их агрохозяйственной оптимизации. Дис... канд. геогр. наук. Ростов на/Д, 2002. 176 с. 5. Атаев З.В. Ландшафтный анализ низкогорно-предгорной полосы Северо-восточного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2008. №1. С. 59-67. 6. Арманд ДЛ. Антропогенные эрозионные процессы //

Сельскохозяйственная эрозия и борьба с ней. М., 1956. С. 7-37. 7. Баламирзоев М.А., Мирзоев Э.М.-Р., Залибеков З.Г. и др. Почвенные ресурсы Дагестана, их охрана и рациональное использование. Махачкала, 1998. С. 59-62. 8. Докучаев В.В. Избранные сочинения. Т.З. М.-Л., 1949. 643 с. 9. Докучаев В.В. К изучению о зонах природы. Соч. Т.2. М., 1949. С. 28-40. 10. Качинский Н.А. Физика почв. М. : Высш. шк„ 1965. 4.1. С. 321. 11. Керимханов С.У. Почвы Дагестана. Махачкала : Дагиздат, 1976. 120 с. 12. Керимханов С.У., Баламирзоев М.А. Эрозия почв в предгорьях Дагестана и меры ее предотвращения // Известия СКНЦВШ. Сер. естеств. науки. Ростов н/Д, 1977. №4. 13. Лысак Г.Н., Гарифуллин Ф.Ш., Миндияров ДД Эрозия почв и меры борьбы с ней в Башкирском Южном Урале // Водная и ветровая эрозия почв и меры борьбы с ней в Сибири. Новосибирск, 1974. С. 36-39.

Статья поступила в редакцию 14.07.2009 г.