Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальности 03.00.05 - Ботаника (биологические науки),

03.00.16 - Экология (биологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Почвенно-растительный покров дельты Волги: продуктивность, динамика, кризисные процессы

Сальников А.Л.

Астрахань - 2009

Работа выполнена в Астраханском государственном университете

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Карпачевский Лев Оскарович

доктор биологических наук, профессор Бакташева Надежда Мацаковна

доктор биологических наук, профессор Афанасьев Владимир Александрович

Ведущая организация: Главный ботанический сад РАН, г. Москва

Защита состоится 30 января 2009 г. в 12.00 в аудитории № 101 на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.10 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, доцент А.В. Федотова

1. Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Растительный покров Нижней Волги является важнейшим объектом изучения, картографирования и ресурсно-экологической оценки в обширном Прикаспийском регионе (Новикова, Ильина, Сафронова, 2000), а крайний юго-восток европейской России представляет собой один из самых интересных и малоисследованных во флористическом отношении регионов страны (Сагалаев, 2003).

В настоящее время в экосистемах разного иерархического уровня происходят локальные и глобальные изменения, характеризуемые как кризисные процессы (Славинский, 2006). Одним из таких кризисных процессов является изменение продуктивности и биоразнообразия экосистем. Вопросы оценки и особенностей формирования продуктивности фитоценозов приобретают особую актуальность, так как растительность играет решающую роль в структурно-функциональной организации экосистемы и формировании биомассы наземных и водных экосистем. Изучение функционирования экосистем в оптимальных, особенно в кризисных условиях, приобрело в настоящее время большое практическое значение. Для практики рационального использования актуальны исследование природных механизмов, обеспечивающих устойчивость экосистем, определение степени близости конкретных экосистем к критическому переходу, разработка предельно-допустимых нагрузок на природные компоненты и прогнозирование возможности структурных изменений.

Сложившаяся на юге России за последние 35-40 лет практика пастбищепользования является нерациональной и антиэкологичной (Шамсутдинов, Шамсутдинов, 2002). Возникает необходимость моделирования кризисных процессов и прогнозирование изменения отдельных компонентов природной среды. Актуальным является познание механизмов функционирования растительных сообществ экотонов дельты Волги.

Изучение биологического разнообразия, разработка мер по его сохранению - одно из приоритетных направлений биологической науки (Горчаковский, Золотарева, 2006). Деградация биоразнообразия относится к числу основных причин, способствующих нарастанию экологического кризиса. Биогеоценозы дельты Волги играют важнейшую роль в функционировании экосистемы Прикаспия. В связи с этим особую актуальность приобретает изучение флоры бэровских бугров, являющихся уникальными ландшафтными образованиями и играющих системообразующую роль в экосистеме. Всестороннее познание конкретных флор приобретает все большее значение в связи с реализацией решения проблемы изучения антропогенной трансформации. Б.А. Юрцев (2000) отмечает, что еще большее внимание исследователей будут привлекать формирование флор урбанизированных территорий.

Особенности формирования фитоценозов необходимо учитывать в экологическом сопровождении хозяйственной деятельности и в прогнозных оценках биопродуктивности естественных кормовых угодий. В связи с этим необходимо исследование механизмов формирования фитосистем (на уровне продуктивности и фиторазнообразия), что позволит прогнозировать состояние экосистемы при изменении условий окружающей среды, сохранить природные ресурсы на высокопродуктивном уровне и использовать их в течение неопределенно продолжительного времени.

Цели и задачи исследований. Целью работы стало изучение динамики флоры, механизмов формирования продуктивности и оценки кризисных процессов фитоценозов дельты Волги. Были поставлены следующие задачи:

· изучить современное состояние и тенденции антропогенной трансформации локальных флор и растительности;

· исследовать флору и растительность дельты Волги;

· изучить морфологические и микробиологические особенности почв;

· разработать методологию оценки допустимых рекреационных нагрузок, мер по оптимизации и рациональному использованию почвенно-растительных комплексов;

· разработать новый концептуальный подход к оценке продуктивности фитоценозов и изучить особенности продукционного процесса растительных сообществ;

· выявить и исследовать механизм функционирования фитоценозов буферных зон дельты Волги;

· разработать модель протекания кризисных процессов наземных экосистем дельты Волги в условиях постоянно изменяющегося гидрологического режима и антропогенного воздействия;

· разработать методологию оценки природно-ресурсного (почвенно-растительного) потенциала муниципальных образований Астраханской области.

Защищаемые положения:

1. Концепция «Динамическая структура популяций с видовыми параметрами». Продуктивность растительных сообществ разных режимов увлажнения в пределах дельты Волги изменяется с периодом от 2 до 8 лет и не зависит от ритма и степени воздействия экологических факторов при не катастрофических условиях среды, а обусловлена динамической структурой популяций с видовыми параметрами.

2. Результаты исследований изменения фитоценозов урбанизированных и локальных флор.

3. Механизм формирования фитоценозов в экотонах дельты Волги.

4. Модель протекания кризисных процессов в фитоценозах дельты Волги.

5. Методологические подходы при разработке предельно-допустимых хозяйственных и рекреационных нагрузок на экосистемы дельты Волги.

6. Методология оценки природно-ресурсного потенциала муниципальных образований Астраханской области.

Научная новизна. Разработаны концептуальные подходы к оценке продуктивности растительных сообществ. Впервые выявлен синусоидальный тип изменения продуктивности фитоценозов дельты Волги, не зависящий от ритмики и степени гидрологических факторов при некатастрофических условиях среды. Цикличность продуктивности фитоценозов во времени не связана с условиями его формирования, а обусловлена исключительно внутренним развитием растительного сообщества - динамической структурой фитоценоза с видовыми параметрами (соотношением возрастных групп, элиминацией репродуктивных и вегетативных продуктов, стратегией видов и т.д.). На участках с разными условиями увлажнения и засоления размах колебаний продуктивности изменяется от 2-х до 4-х лет на высоких и средних лугах и до 8 лет на лугах низкого уровня.

Создана первая в Астраханской области специализированная микробиологическая База данных актиномицетов аридной зоны России «Actinobase».

Впервые выявлены основные факторы и тенденции изменения локальных флор, а также предложена модель протекания кризисных процессов в ландшафтах дельты Волги.

Практическая значимость работы. Материалы диссертации могут быть положены в основу системы общих закономерностей и тенденций развития экосистем дельты Волги и в построение общей модели экосистемы дельты Волги. Флористические списки исследуемой территории являются основой для разработки критериев построения экологических ядер и коридоров экологической сети. Предложены план мероприятий по созданию экологического каркаса г. Астрахань и перспективные для городской среды виды древесных интродуцентов. Составлен список видов, нуждающихся в охране. Разработаны рекомендации по расширению сети ООПТ. Материалы способствуют обоснованию оптимальных режимов использования растительности и разработки на этой основе научной системы охраны растительного покрова, в том числе разработки краткосрочных национальных и местных программ по охране водно-болотных угодий дельты Волги. Результаты работы могут быть использованы Службой природопользования Астраханской области для разработки методик контроля над состоянием экосистем дельты Волги и режима их охраны и рационального природопользования, в прогнозировании результатов антропогенной трансформации ландшафтов и предотвращении ее негативного воздействия на флору и растительность, а также для оценки кормовой базы естественных сенокосов и пастбищ.

Разработанная методология оценки почвенно-растительного потенциала муниципальных территорий и геоинформационная модель муниципальных территорий (ГММТ) легли в основу регионального проекта «Разработка планов социально-экономического развития муниципальных образований Астраханской области». Результаты исследований являются составной частью тематического раздела научно-исследовательской работы «Разработка допустимых рекреационных нагрузок на природные экосистемы дельты Волги и Волго-Ахтубинской поймы и карт ландшафтно-экологического и функционального зонирования территории»; доклада о состоянии и охране окружающей среды Астраханской области в 2007 г.; тематического раздела «Естественные сенокоса и пастбища» научно-целевой программы «Система ведения агропромышленного производства Астраханской области на 2001-2010 гг.».

Личный вклад автора. В основу работы положены многолетние маршрутные и стационарные исследования различных компонентов экосистем дельты Волги, проводившиеся в 1979-2008 гг. лабораторией геоботаники Астраханского государственного университета (при непосредственном участии автора в 1996-2008 гг.), а также исследования автора на территории Северного Прикаспия в 1996-2008 гг. Обработка материала осуществлялась в Interdisziplinaris Forschungenzentrum (IFZ) Institut fur Landschftsokologie und Ressourcenmanagment, Justus-Liebig-Universitat (Giessen, Germany).

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлены и доложены на ежегодных научных конференций Астраханского государственного университета (Астрахань, 1996-2007); заседаниях кафедры биологии и экологии растений и почвоведения Астраханского государственного университета (1997-2008); Всероссийском совещании заведующих кафедрами ботаники университетов (Барнаул, 1997); Всероссийской научной конференции «Астраханский край: история и современность (к 280-летию образования Астраханской губернии)» (Астрахань, 1997); школе-конференции «Актуальные проблемы геоботаники. Современные направления исследований в России» (Петрозаводск, 2001); всероссийских научных конференций «Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации» (Москва, 2003) и «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2005); IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004); конференции молодых ученых «Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2005); Международных научных конференций: «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов» (Элиста, 2005), «Россия и Восток» (Астрахань, 2005), «Мониторинг экосистем» (Италия, 2005), «Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 2000-2008), «Современная экология - наука XXI века» (Рязань, 2008), «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008); XIII-XIV школах «Экология и почвы» (Пущино, 2005, 2006); Institut fur Landschftsokologie und Ressourcenmanagment im Interdisziplinaris Forschungenzentrum Justus-Liebig-Universitat (Giessen, Germany, 2007); семинаре стипендиатов программы «Михаил Ломоносов» (Москва, 2008); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); V Всероссийском съезде почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008). Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ, грант 03-04-48246 и 03-04-63048), а также проекта аналитической ведомственной целевой программы РНП.2.2.2.3.10161 «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 88 работ, в том числе 3 монографии, 2 учебных пособия, 10 статей в центральных и международных журналах рекомендованных ВАК, 13 статей в региональных журналах и сборниках научных трудов, 58 публикаций в виде материалов и тезисов докладов международных и российских конференций, получено свидетельство об официальной регистрации Базы данных актиномицетов аридной зоны России «ACTINOBASE» № 2007620217.

2. Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы (512 наименований, из них 68 иностранной). Объём работы 383 страницы, из них основного текста 369 страниц, в том числе 107 рисунков и 32 таблиц.

Глава 1. природно-климатические условия дельты волги

1.1. Общая физико-географическая характеристика района

Дельта Волги расположена на юге-востоке Восточно-Европейской равнины в пределах Прикаспийской низменности (Атлас Астраханской области, 1997).

1.2. Тектоника, геология

Территория в тектоническом отношении располагается в пределах двух платформ: северная часть приурочена к докембрийской Восточно-Европейской платформе, южная - к эпигерцинской Предкавказской платформе. Дельта пересекают Прикаспийскую низменность в наиболее пониженном районе Нижневолжского синклинального прогиба, образовавшегося в начале четвертичного периода. Дно вершины дельты выстлано аллювием мощностью 20 м и располагается на частично размытой кровле бакинских отложений. Материнские породы дельты реки Волги представляют собой сложную вертикальную и горизонтальную мозаику речных, дельтовых, морских отложений (Рачковская, 1951; Николаев, 1962).

1.3. Геоморфология

В геоморфологическом отношении наибольшую площадь дельты Волги занимает пойменно-дельтовая равнина, пересеченная сложной сетью речных рукавов. Она сформирована в результате боковой эрозии речных потоков и уничтожения в пределах зоны блуждания морских позднехвалынской и новокаспийской равнин. Между речными рукавами располагаются обширные плоские дельтовые острова, сложенные современными аллювиальными песчано-глинистыми отложениями. Большую площадь занимает центральная (бугровая) часть дельты со сложным сочетанием разновозрастных и генетически разнородных элементов рельефа - бэровских бугров, сложенных позднехвалынскими отложениями. Межбугровые пространства заняты либо ильменями новокаспийского возраста, либо современной пологогривистой поймой с отмирающей сетью мелких ериков. К северу от центральной части расположена верхняя (привершинная). Значительную площадь этой части дельты занимает пологогривистая пойма с большим количеством старичных озер, русел отмирающих проток и ериков. Нижняя (приморская) часть дельты - култучно-дельтовая аллювиальная равнина, сформированная из многочисленных относительно молодых дельтовых конусов выноса.

1.4. Гидрология

Главной особенностью гидрологии дельты Волги являются значительные колебания стока воды по сезонам и зарегулирование стока на разных уровнях. Регулирование стока Волги началось в 1937 г. со строительством Иваньковского водохранилища, последняя (Волгоградская) плотина на Волге построена в 1959 г. Практически не изменился годовой объем стока. В 1931-1958 гг. годовой объем стока р. Волги у Волгограда равнялся в среднем 237 км3, а с 1959 по 2006 г. составил 248,7 км3. Однако общее количество стока в период половодья существенно снизилось по сравнению с объемом общего годового стока. В 1931-1958 гг. объем половодья в среднем составлял 135,5 км3, в 1959-2006 гг. - 106,3 км3. Понижение уровня половодья, уменьшение его продолжительности, изменение интенсивности подъема и спада половодья в основном обусловлены увеличением стока в зимний период: если до зарегулирования объем стока в зимний период составлял 24 км3, то после зарегулирования - 49 км3. Зарегулирование Волги каскадом водохранилищ не изменяет ни величины годового стока, ни его ежегодных колебаний, обусловленных климатическими условиями на огромной водосборной площади речного бассейна. Не наблюдается никаких изменений, и только тренд показывает медленное увеличение стока Волги с 1931 по 2006 г. (отражение планетарной тенденции). Сами же колебания годового стока за период инструментальных измерений лежат в широком интервале - 150-350 км3 при средней величине в 250 км3.

Гидрологический режим Волги характеризуется межсезонными, годовыми и многолетними колебаниями, обусловленными циклическими изменениями глобальных климатических тенденций. Зарегулирование Волги каскадом водохранилищ не привело к структурному изменению почвенно-растительных компонентов экосистемы дельты, вследствие чего биота благодаря широким адаптационным возможностям меняет свою пространственную организацию, сохраняя при этом свою динамическую структуру (Сальников и др., 2008).

1.5. Климат

Положение региона в умеренных широтах определяет западный и северо-западный перенос воздушных масс в виде циклонов со стороны Атлантического океана. Положение на границе с обширным азиатским материковым пространством обусловливает влияние отрога Сибирского антициклона. Годовой радиационный баланс составляет 45 ккал/см2. Продолжительность периода с температурой выше 0 °С 235-260 дней. Сумма температур активной вегетации - 3400-3500 °С. Среднегодовая температура воздуха изменяется с юга на север от 10 до 8 °С. Самый холодный месяц - январь. Средняя температура воздуха понижается до -5…-9 °С. Годовая сумма осадков колеблется от 180 до 250 мм. Для района исследований характерно преобладание восточных и юго-восточных ветров. Характерен умеренный резко континентальный климат с высокими температурами летом, низкими зимой, большими годовыми и летними суточными амплитудами температуры воздуха, малым количеством осадков и большой испаряемостью.

1.6. Природное районирование и состояние ландшафтов

Схема ландшафтного районирования на региональном уровне была разработана И.Н. Волынкиным (1983). Фундаментальные исследования ландшафтов на современном этапе проведены Н.М. Гольчиковой (2005). В настоящее время территория представлена следующим образом:

1. Ильменно-бугровой район: 1.1. Эоловая равнина со злаково-белополынными, белополынно-однолетниковыми пустынными растительными сообществами на бурых аридных супесчаных почвах; 1.2. Новокаспийская грядовая равнина с белополынно-житняковым растительным сообществом на бурых аридных супесчаных и суглинистых почвах различной степени засоленности; 1.3. Западная новокаспийская ильменно-грядовая равнина с полынно-разнотравно-эфемеровым пустынным растительным сообществом по бэровским буграм со злаково-разнотравными лугами и галофитными фитоценозами в межбугровых понижениях на бурых аридных почвах бэровских бугров и аллювиальных луговых насыщенных почвах различной степени засоленности в межбугровых понижениях; 1.4. Восточная новокаспийская ильменно-грядовая равнина с уменьшенной степенью обводненности с полынно-разнотравно-эфемеровым пустынным растительным сообществом по бэровским буграм со злаково-разнотравными лугами и галофитными фитоценозами в межбугровых понижениях на бурых аридных почвах бэровских бугров и аллювиальных луговых насыщенных почвах различной степени засоленности в межбугровых понижениях.

2. Дельтовый район: 2.1. Пойменно-дельтовая равнина с пологоволнистым рельефом со злаково-разнотравными лугами, с кустарниковой и солончаковой растительностью на аллювиальных, луговых дерновых насыщенных и лугово-болотных почвах различной степени засоленности; 2.2. Дельтовая равнина с бэровскими буграми, с преобладанием злаково-осоково-разнотравных лугов на аллювиальных и луговых темноцветных или лугово-болотных суглинистых и глинистых почвах различной степени засоленности; 2.3. Дельтовая равнина с плоским рельефом и обилием проток и заливов с тростниково-рогозовыми растительными сообществами, со злаково-разнотравными лугами и ивовыми лесами по водотокам на аллювиальных и луговых суглинистых и глинистых иловатых почвах различной степени засоленности; 2.4. Аллювиально-морская береговая равнина с пологоволнистым рельефом, изрезанная култуками и сопровождаемая множеством прибрежных островов с растительностью морских островов, водной растительностью в култуках на малосформированных почвах современных аллювиальных отложений (пояс авандельты).

Глава 2. Объекты и Методика исследований

Объекты исследования - флора, растительность и почвы дельты Волги. Флора дельты включает в себя виды зональных эколого-флористических комплексов (пустынно-степной, пустынный), их эдафические варианты (галофильные, псаммофильные), азональные и интразональные комплексы (луговые, водно-болотные), а также сорно-адвентивный компонент. С целью репрезентативной оценки изменений состава и динамики продуктивности растительности, флористического состава и почв наблюдения велись на пяти стационарных участках и трех почвенно-экологических профилях. Профили пересекают элювиальные, супераквальные и субаквальные ландшафты в пределах основных геоморфологических ядер и экотонов дельты. Максимальное разнообразие растительных сообществ, наличие переходных элементарных ландшафтов и антропогенная нагрузка обусловили выбор направления закладки профилей. Материалом для исследований послужили гербарные образцы, полевые описания почв и растительности на основе полевых исследований с 1996 по 2008 г. Собран гербарный материал (2050 листов) с учетом анализа гербарных фондов БИН РАН (LE), АГУ (AGU), МГУ (MW), ВГПУ и литературных данных.

Использовались три флористических подхода: изучение региональных флор, изучение конкретных флор, оценка гамма-разнообразия (Миркин и др., 2001). Использовались три метода: маршрутный, выборочных проб флоры и метод регулярных проб флоры. Изучение флоры включало: анализ систематической структуры - общепринятые подходы и принципы (Толмачев, 1970; Малышев, 1987; Шмидт, 1987 и др.); метод биогеографических координат Б.А. Юрцева (1968) и принципы, разработанные А.И. Толмачевым (1974); спектр биоморф Raunkiaer (1934) и И.Г. Серебрякова (1964); эколого-ценотический анализ - методика Раменской (1983); анализ адвентивной фракции флоры (Дорогостайская, 1972; Туганаев, Пузырев, 1988; Игнатов и др., 1990), основанный на системе Thellung (1919); гемеробность видов - шкала Frank и Klotz (1990); встречаемость видов - шкала М.Л. Раменской (1960). Для изучения флоры был использован метод сравнения флористических данных одной и той же территории, разделенных значительными промежутками времени. Коэффициент оборота видов рассчитывался по формуле Д. Аббота и Р. Блека (1980). Видовые названия растений определялись по следующим изданиям: «Флора СССР» (1934-1964); «Флора Европейской части СССР» (1994); «Флора Юго-Востока Европейской части СССР» (1936); «Определитель высших растений Европейской части СССР» (Талиев, 1941); «Флора Восточной Европы» (1994, 2004); «Определитель сосудистых растений Северо-западной России» (Цвелёв, 2000). Латинские названия растений приведены в соответствии со сводкой «Сосудистые растения России и сопредельных государств» С.К. Черепанова (1995) с корректировкой по Н.Н. Цвелёву (2000). Флористическое районирование было осуществлено на основе показателей, определяющих специфику территории - таксономическое разнообразие, дифференциальные виды, ландшафтные условия и др. (Юрцев и др., 1978; Малышев, 1999, Сенников, 2004). Описания растительности осуществлялись по общепринятой методике (Полевая геоботаника, 1959, 1960, 1964, 1972, 1976).

Морфологическое описание почв - в соответствии с «Классификацией и диагностикой почв СССР» (1977) и «Классификацией и диагностикой почв России» (2004). На участках велись наблюдения за динамикой содержания водорастворимых солей. Определение химсостава водной вытяжки осуществлялось в химической лаборатории Астраханской гидрогеолого-мелиоративной партии в соответствии с ОСТ 46-52-76 «Методы агрохимических анализов почв» (1977). Тип засоления и степень засоления определялись в соответствии с «Методическими указаниями по проведению почвенно-солевых съёмок на мелиоративных землях» (1982), суммарный эффект токсичности ионов вычислен по алгоритму Н.И. Базилевич и Е.И. Панковой (1968). В качестве основного приема предварительной обработки почвенных образцов для микробиологического анализа использовали ультразвуковое диспергирование (УЗДН-1, 22 кГц, 0,44 А, 2 мин). Основные группы микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, микромицеты, водоросли) учитывались с помощью люминесцентно-микроскопического метода (Методы почвенной…, 1991; Полянская, 1988). Расчеты микробной массы проводили, учитывая, что биомасса сухого вещества одной бактериальной клетки объемом 0,1 мкм3 составляет 2 Ч 10-14 г, 1 м актиномицетного мицелия диаметром 0,5 мкм 3,9 Ч 10-8 г. С учетом замеренного диаметра спор и мицелия грибов, а также клеток водорослей реальную биомассу вычисляли по формуле: для 1 споры или клетки водоросли - 0,0836r3 Ч 10-11 г, для 1 м грибного мицелия - 0,628r2 Ч 10-6 г, где r - радиус споры, клетки водоросли и мицелия (Полянская, 1988). Учет бактерий протеолитического сообщества проводили на мясо-пептонном агаре (МПА), прокариот амилолитического комплекса и актиномицетов - на крахмало-аммиачном агаре (КАА), олигонитрофилов - на среде Эшби, копиотрофов, использующих глюкозу, - на среде Чапека с нистатином (50 мкг/мл среды) (Методы почвенной…, 1991). Определение углерода органических и неорганических веществ проведено с помощью экспресс-анализатора АН-7529 (Воробьева, 1998). Расчет доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества почвы проводили по формуле: (Смб/Сорг) Ч 100 %.

Глава 3. почвенный покров дельты Волги

3.1. Общая характеристика почв

Бурые аридные почвы имеют следующее строение профиля: А1-А1В-Вса-Ucs-Bcs-Cs. Слабая гумусовая окраска верхних горизонтов и преобладание в профиле бурых тонов. Гумусовый горизонт 12-15 см, слабая слоеватость, бесструктурный, рыхлый, светло-бурый. Переходный горизонт по гумусу (А1В) до 25-40 см, бурый, уплотненный, крупнокомковатый. Карбонатно-иллювиальный горизонт Вса (Bca,cs) белесовато-бурый, плотный, комковато-ореховатый. Карбонаты в виде пятен и мучнистой присыпки. Вскипание с глубины 15-20 см, реже с поверхности. С глубины 80-100 см (гор. Bcs) - ЛРС и гипс. Гумус - 0,7-1,4 %. Поглощающий комплекс насыщен Ca и Mg (20-25 %). Реакция верхних горизонтов слабощелочная (рН 7,4-7,6), нижних - щелочная (рН 8,2-8,8).

Профиль лугово-бурых почв: Al1-(А12)-Bsl-Вса-Bcs-Cs-(Cs,g). Горизонт А11 (13-20 см) светло-серый с буроватым оттенком, бесструктурный, слоевато-пористого сложения, рыхлый. В верхнем горизонте содержится 1,5-2 % гумуса. Нередко в профиле обнаруживается горизонт А12 (10-15 см) белесовато-светло-серый, слоевато-плитчатого сложения, уплотненный. Горизонт Bsl (12-40 см) темно-коричневый, комковато(столбчато)-призматический, плотный, трещиноватый. Карбонатные выделения в виде пятен на глубине 30-50 см, гипс и водорастворимые соли - на глубине 80-150 см.

Лугово-болотные имеют следующий профиль: (О)-Av-Alg-Bg-G. В верхней части профиля может быть маломощный (до 10 см) торфянистый горизонт, сменяющийся перегнойным мощностью 12-22 см. В нижней части горизонта - признаки оглеения. Переходный горизонт содержит значительное количество гумуса, сильно оглеен и постепенно переходит в глеевую почвообразующую породу. Реакция от слабокислой до щелочной, насыщенность высокая.

Солонцы автоморфные имеют четко дифференцированный профиль А1А2-Bsl-Bca,(sl),(s)-(Bcs)-(Bs)-Cs. Надсолонцовый гумусово-осолоделый горизонт А1А2 серого цвета пластинчато-комковатой структуры, различной мощности. Иллювиально-солонцовый горизонт Bsl коричнево-серого цвета, столбчатой, призматической или ореховатой структуры, трещиноватый, плотного сложения. Мощность от 5 до 15 см. Ниже - второй солонцовый горизонт Bca(sl),(s). Подсолонцовый BCcs(Bs) - призмовидно-ореховатый, коричневый, плотный, часто содержит соли. Содержание гумуса в гумусово-осолоделом горизонте 1,5-2,5 %; емкость поглощения и содержание обменного Na максимальны в солонцовом горизонте.

Солончаки типичные. Профиль оглеен, слабодифференцирован, вскипание с поверхности; грунтовые воды засолены на глубине 2-5 м. Поверхностное обводнение практически отсутствует. Максимальное содержание солей (не менее 1 %) в верхнем 5-сантиметровом горизонте почвы или на ее поверхности (в виде выцветов, корочек). Растительность изреженная галофитная.

Солончаки луговые. Отличаются от типичных солончаков наличием в верхней части профиля гумусового горизонта, связанного с более богатой лугово-солончаковой растительностью. Своеобразие луговых солончаков обусловлено периодическим обводнением пресными водами, создающими на общем фоне выпотного водного режима промывные периоды.

Пойменные почвы. Мощность слоев варьирует от нескольких миллиметров до 10-20 см. Специфика профилей аллювиальных почв определяется комбинациями различных органогенных, гумусовых, глеевого, гидрометаморфического и слитого горизонтов, а также горизонтов гидрогенной аккумуляции Fe и карбонатов. Пойменные (аллювиальные) почвы имеют строение профиля: А1-В-CDg. Гумусовый горизонт от светло-серого до темно-серого цвета имеет мощность от 4-20 см; ниже идет переходный горизонт В; почвообразующие отложения слоистые, от песчаного до тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Выделены следующие типы и подтипы пойменных почв. Пойменные засоленные отличаются щелочной реакцией и присутствием водорастворимых солей. Пойменные слитые характеризуются глинистым составом, плохо выраженными слоями. В сухом состоянии плотные, твердые. Пойменные заболоченные и болотные отличаются наличием ярких признаков оглеения, часто имеют органогенный оторфованный горизонт.

3.2. Почвенный покров Центральной части дельты

Материалы полевого обследования почв, проведенного в апреле - мае 1977 и 2007 гг., дают представление о морфологическом строении почв, их динамике и возможности обосновать основные рекомендации по рациональному использованию земель и повышению их плодородия.

При полевом обследовании было заложено 29 основных почвенных разрезов, 54 полуямы, 152 прикопки. Выделены бурые аридные, луговые остепняющиеся, пойменные луговые и влажно-луговые почвы, пойменные влажно-луговые слоистые, пойменные луговые и влажно-луговые слоистые примитивные почвы.

3.3. Почвенный покров Восточной части дельты

На почвенно-экологических профилях (экспедиций 1999-2000 и 2007 гг. и по материалам комплексной экспедиции МГУ и АГУ 2003-2005 гг.), пересекающих основные ландшафтные структуры (бэровские бугры, экотоны, луга высокого, низкого и среднего уровней), проводилось: морфологическое описание почв, микробиологические исследования почв, описание флористического состава и растительности.

Профиль А представлен бурой аридной тяжелосуглинистой почвой; солончаком с погребенными горизонтами; торфяно-глеевой болотной засоленной; дерново-луговой глеевой почвой, солончаком, луговым солончаком. Профиль В - бурой аридной, тяжелосуглинистой засоленной; солончаком луговым, гидроморфным.

3.4. Микробиологическая характеристика почв

Микробоценозы бурых аридных почв

Максимальная численность бактерий наблюдается в бурой аридной гидрометаморфизованной почве, а минимальными показателями численности характеризуется засоленной подтип почвы бугра Карим. Длина мицелия актиномицетов достигает наибольших значений в весенний период года в засоленном подтипе почвы бугра Б. Барфон (табл. 3.1).

Во всех изученных подтипах бурой аридной почвы доминирует биомасса эукариотных микроорганизмов, а на долю биомассы прокариот приходится от 0,8 до 3,2 %.

В гидрометаморфизованном подтипе почвы весной доминируют грибной мицелий и водоросли, биомасса которых составляет около 44 % от общей биомассы микроорганизмов.

Таблица 3.1 Сезонная динамика численности прокариотного комплекса бурой аридной почвы

Бэровский бугор / подтип бурой аридной почвы	Весна	Осень
	Бактерии, млрд/г	Мицелий актиномицетов, м/г	Бактерии, млрд/г	Мицелий актиномицетов, м/г
Морозова / гидрометаморфизованная	0,43 ± 0,03	60 ± 0	0,48 ± 0,02	74 ± 10
Карим / засоленная	0,30 ± 0,02	60 ± 20	0,32 ± 0,02	54 ± 12
Большой Барфон / засоленная	0,39 ± 0,01	120 ± 20	0,37 ± 0,05	86 ± 20
Черный / типичная	0,38 ± 0,03	75 ± 10	0,35 ± 0,03	54 ± 12

Весна Осень



Рис. 3.1. Биомасса эукариотных микроорганизмов в подтипах бурой аридной почвы (%):

1 - гидрометаморфизованный (бугор Морозова); 2 - засоленный (бугор Карим); 3 - засоленный (бугор Б. Барфон); 4 - типичный (Черный)

В засоленном подтипе почвы бугра Карим доминирует грибной мицелий (75 %), что также характерно для типичного подтипа почвы бэровского бугра Черный (50 %) (Сальникова, Сальников, Егоров, 2006). В засоленном подтипе почвы бугра Б. Барфон биомасса спор грибов составляет почти 100 % (рис. 3.1).

Рис. 3.2. Сезонное распределение доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества в бурой аридной почве:

1 - гидрометаморфизованный (бугор Морозова); 2 - засоленный (бугор Карим); 3 - засоленный (бугор Б. Барфон); 4 - типичный (Черный)

Доля углерода микробной биомассы в углероде органического вещества в подтипах бурой аридной почвы колеблется от 0,4 % в засоленном подтипе почвы бугра Б. Барфон до 7,5 % в почве бугра Карим. Для типичного подтипа бурой аридной почвы бугра Черный отмечено отсутствие сезонной динамики содержания доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества (рис. 3.2).

Таким образом, бурые аридные почвы содержат определенные запасы микробной биомассы, большая часть которой приходится на долю эукариотной составляющей (споры и мицелий грибов, водоросли). Бэровские бугры отличаются не только подтипом почвы, но и видовым составом растительных сообществ, что в итоге сказывается на определении процентного соотношения доминирующих групп микроорганизмов. Для почвы бугра Б. Барфон характерны более высокие показатели биомассы бактерий по сравнению с почвами других изученных бугров (до 3%) и отсутствие водорослей (Сальникова и др., 2006).

Микробоценозы аллювиальных почв

Численность бактерий нарастает от дерново-опустынивающейся карбонатной почвы к перегнойно-глеевой и составляет в весенний период от 1,09 ± 0,07 до 2,29 ± 0,03 млрд/г, а в осенний - от 1,11 ± 0,07 до 2,6 ± 0,17 млрд/г. Максимальные значения длины актиномицетного мицелия наблюдаются в весенний период года для всех типов аллювиальных почв и достигают 393 ± 20 м/г в перегнойно-глеевой почве.

На долю биомассы прокариот приходится от 2 до 6 % от общей биомассы микроорганизмов. В различных типах аллювиальных почв наряду с биомассой грибного мицелия доминирует биомасса водорослей, составляя от 30 до 47 %. Водоросли не наблюдаются только в аллювиальной серогумусовой почве, где основную биомассу микроорганизмов составляет грибной мицелий (93 %, рис. 3.3) (Сальникова и др., 2008).

Весна Осень

Рис. 3.3. Структура и соотношение микробной биомассы в аллювиальных почвах лугов:

1 - перегнойно-глеевая; 2 - темногумусовая;

3 - дерново-опустынивающаяся карбонатная; 4 - серогумусовая

Весной максимальные значения Сорг наблюдаются в аллювиальной перегнойно-глеевой почве (31,6 мг/г), осенью - в аллювиальной серогумусовой почве (48,9 мг/г). Наибольшая доля углерода микробной биомассы в углероде органического вещества отмечена для дерново-опустынивающегося карбонатного типа почвы в весенний период (рис. 3.4) (Сальникова и др., 2008).

Рис. 3.4. Сезонная динамика содержания доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества в аллювиальных почвах:

1 - перегнойно-глеевая; 2 - темногумусовая гидрометаморфическая; 3 - дерново-опустынивающаяся карбонатная; 4 - серогумусовая

Таким образом, высокими показателями численности и биомассы микробного комплекса из всех изученных нами типов аллювиальных почв характеризуется перегнойно-глеевая почва с водно-болотным типом растительности и серогумусовая почва под лесопосадками, в структуре микробного комплекса которых доминируют грибной мицелий и клетки водорослей. Для почвы со средиземноморским типом растительности характерны приближенные показатели процентного соотношения биомассы мицелия грибов и клеток водорослей.

Микробоценозы галоморфных почв

Максимальная численность бактерий зафиксирована в солончаке темном типичном и достигает в весенний период 1,48 млрд/г почвы. Максимальные значения длины актиномицетного мицелия также характерны для солончака темного типичного (400 м/г), а минимальные - для вторичного солончака (126 м/г).

В разных типах солончаков доминирует биомасса эукариотных микроорганизмов, прежде всего, грибов (на долю грибного мицелия приходится до 80 % от общей микробной биомассы эукариотов). Во вторичном солончаке весной доминирует биомасса грибных спор, составляя 100 %, а осенью - биомасса грибного мицелия, приближаясь к 73 % (рис. 3.5).

В галоморфных почвах дельты Волги водоросли не обнаружены, несмотря на высокий процент инсоляции и периодическое затопление полыми водами (Сальникова, 2006).

Для всех типов солончаков дельты Волги характерны минимальные значения доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества, которые составляют от 0,3 до 2,0 %, при этом весной максимальный показатель наблюдается в солонцеватом подтипе, минимальный - в солончаке вторичном (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Биомасса мицелия грибов (МГ) и спор грибов (СГ) в галоморфных почвах (%):

1 - солончак темный типичный; 2 - солончак темный солонцеватый; 3 - солончак вторичный

Дополнительные комплексные исследования галоморфных почв были проведены на базе соленого озера Тинаки-1, характеризующимся уникальным составом пелоидов, образованными грязе-иловыми сульфидными отложениями водоема, наличием биологически активных химических соединений и специфической грязевой микрофлорой.



Рис. 3.6. Сезонная динамика содержания доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества в солончаках: 1 - солончак темный типичный;

2 - солончак темный солонцеватый; 3 - солончак вторичный

При изучении микробного комплекса лечебных грязей оз. Тинаки-1 методом люминесцентной микроскопии были обнаружены только клетки бактерий. Численность и биомасса бактерий убывает вниз по профилю, максимальные значения численности характерны для верхнего горизонта А0, минимальные для горизонта В. Биомасса бактерий варьирует от 0,0050 до 0,0016 мг/г (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Распределение численности и биомассы бактерий по профилю лечебных грязей оз. Тинаки-1

В лечебных грязях оз. Тинаки-1 зарегистрированы самые низкие значения доли углерода микробной биомассы в углероде органического вещества, которые составляют от 0,006 до 0,06 мг/г в верхнем горизонте А0.

Таким образом, численность и биомасса бактерий в лечебных грязях по сравнению с изученными типами почв дельты Волги имеет более низкие показатели. Среди изученных эколого-трофических групп микроорганизмов в лечебных грязях оз. Тинаки-1 доминирует олигонитрофильное прокариотное сообщество, которое можно отнести и к галофильному (Сальникова и др., 2007).

В результате микробиологических исследований была создана База данных актиномицетов аридной зоны России «ACTINOBASE», где хранится списочная информация по морфофизиологическим характеристикам групп актиномицетов.

3.5 Сохранение почвенного разнообразия дельты Волги

Сохранение почвенного покрова продиктовано проблемами сохранения генетического разнообразия организмов, биосферной ролью почвы, сохранения плодородия и устойчивого функционирования экосистем разного иерархического уровня. В результате нерационального использования природных ресурсов в Астраханской области прогрессируют процессы деградации почвенного покрова под влиянием природно-антропогенных факторов. Для улучшения экологического состояния почвенного покрова необходим комплекс программ охраны, защиты и восстановления естественных эталонных почв. Необходимо исключение их из хозяйственного оборота, организация почвенных заказников и заповедников, поиск и выделение ареалов редких и исчезающих почв. Важным направлением является создание «Красной книги почв Астраханской области».

Эталонные почвы способны восстанавливать естественные экосистемы посредством геоинформационных связей, выполнять регулирующие функции между различными компонентами экосистемы, что позволяет оценивать и сравнивать степень антропогенных нарушений, их интенсивность и направленность. Уникальными эталонными почвами являются почвы бэровских бугров и экотонов дельты Волги. В дельте наблюдается прямое физическое уничтожение бэровских бугров в хозяйственных целях. Их разрушение или деградация приведет к изменению основных составляющих экосистемы: информационных потоков, путей миграции химических элементов, образование новых геохимических барьеров, водной составляющей, что, в конечном счете, приведет к смене растительных сообществ, возникновению сукцессионных процессов и уничтожению уникальных плакорных и экотонных почв дельты Волги.

Глава 4. Современное состояние и динамика растительности дельты Волги

4.1. Общая классификация растительности

В настоящее время разработана общая классификация растительности Нижней Волги (Gоlub, Мirkin, 1986; Голуб, Лосев, 1988; Голуб, Соломаха, 1988; Gоlub, Losev, Мirkin, 1991; Кузьмина, 1996). Приводится состав синтаксонов дельты Волги по классификации Браун - Бланке.

4.2. Флористическое районирование

В ботанико-географическом отношении Астраханская область входит в Афро-Азиатскую пустынную и Еврозиатскую степную области (Лавренко, 1965, 1970; Ботанико-географическое районирование… 1974) и в Прикаспийский округ Арало-Каспийской (Туранской) провинции Ирано-Туранской области Голарктики (Тахтаджян, 1978). Для округа характерны прикаспийско-туранские, циркумкаспийские виды и эндемики Северного Прикаспия.

В основу районирования положен флористический принцип, построенный на основе учёта особенностей флоры каждого района, а именно встречаемости видов и их роли в растительном покрове, наличии редких и широко распространённых видов на данной территории, а также локализации эндемиков и реликтов. Учитывались также орографические границы и границы распространения типов растительности. Предлагается выделение следующих флористических районов (рис. 4.1): Ахтубинский (А), Черноярский (ЧЯ), Богдинско-Баскунчакский (ББ), Западный песчано-пустынный (ЗПП), Харабалинский (Х), Восточный песчано-пустынный (ВПП), Западинно-солончаковый (ЗС), Наримановский (Н), Верхнедельтовый (ВД), Дельтовый (Д), Авандельтовый (АД), Ильменно-бугровой (ИБ), Волго-Ахтубинский, Северный пойменный (СП), Южный пойменный (ЮП), Астраханский городской (АГ).

4.3. Характеристика растительного покрова

Представление о растительном покрове рассматриваемой территории позволяют получить «Геоботаническая карта…» (1974), «Классификация растительности…» (1986) и работы Н.А. Димо (1907), Б.А. Келлера (1938), Н.П. Гудкова (1951), А.Д. Фурсаева (1954), К.В. Воронина (1959), Е.Ф. Белевич (1963), В.Б. Голуба (1983, 1986), Н.Б. Чорбадзе (1989), И.А. Цаценкина (1962), В.Б. Голуба и А.Н. Бармина (1994), Е.Г. Кузьминой (1996), А.Н. Бармина (1996), Е.Г. Русаковой (1998), Н.М. Новиковой (1997, 2000), И.Н. Сафроновой (1998), И.Н. Сафроновой и др. (1999), А.Л. Сальникова (2000), В.Н. Пилипенко (2003) и др.

Проведена систематизация материалов геоботанического обследования (1996-2007 гг.) естественных кормовых угодий дельты Волги. Выделены следующие таксоны.

Класс П-I. Равнинные полупустынные. Подкласс П-IА. Злаковые, полынно-злаковые полупустынные на бурых аридных солонцеватых легкосуглинистых почвах, реже светло-каштановых, слабо-, среднесолонцеватых суглинистых почвах. В подклассе две группы типов, два типа и одна модификация. В группе типов на светло-каштановых слабо-, среднесолонцеватых суглинистых почвах выделен один таврическополынный тип. В группе типов на бурых аридных солонцеватых легкосуглинистых почвах выделен таврическополынный тип и эфемерово-белополынная модификация. Подкласс П-1Б. Полынные, злаково-полынные, полынно-солянковые комплексные на светло-каштановых и бурых аридных солончаковых почвах и солончаковых солонцах. В подклассе одна группа типов, которая представлена двумя модификациями - однолетнесолянковой с преобладанием Atriplex tatarica, Salsala australis, Petrosimonia oppositifolia и Petrosimonia brachiata и эфемерово-таврическополынной в составе травостоя которой Artemisia taurica, Poa bulbosa, Anisantha tectorum, Eremopyrum orientale, E. еriticeum, Ceratocarpus arenarius.

Рис. 4.1. Флористическое районирование Астраханской области

Класс П-3. Равнинные полупустынные. Подкласс П-3А. Злаковые, полынно-злаковые пустынно-степные на бурых аридных незасоленных и солончаковых супесчаных и песчаных почвах. Кормовые угодья данного подкласса распространены на бэровских буграх и массивах с бугристым рельефом. В составе подкласса две группы типов, 7 типов и модификаций. Первая группа типов на незасоленных почвах представлена таврическополынным, эбелеково-таврическополынным типом, белополынной, житняково-белополынной, веничнополынной, эбелеково-веничнополынной и однолетниковой модификациями. Вторая группа типов с засоленными почвами представлена таврическополынным с Salsala dendroides, песчанополынным, эбелеково-песчанополынным типами и солянковой модификациями. Основными строителями фитоценозов являются Artemisia lerchiana, A. taurica, A. arenaria, A. scoparia, Agropyron fragile, однолетники Ceratocarpus arenarius, Salsala australis, Atriplix tatarica, а также Petrosimonia oppositifolia и Petrosimonia brachiata.

Класс П-5. Низинные, западинные и лиманные. Подкласс П-5В. Злаковые, разнотравно-злаковые засоленные на лугово-каштановых, лугово-бурых солончаковых, луговых солонцах и засоленных песках. Кормовые угодья подкласса отнесены к одной группе типов с сухолуговым увлажнением и засоленными почвами. Она представлена таврическополынным типом, солончаково-полынной, однолетниково-солончаковополынной и однолетнесолянковой с Alhagi pseudalhagi и Salsala dendroides модификациями, в составе травостоя которых помимо Alhagi pseudalhagi и Salsala dendroides, основными строителями травостоя являются однолетние солянки Petrosimonia oppositifolia и Petrosimonia brachiata, Bassia hyssopifolia, Atriplex tatarica, Suaeda altissima и др.

Класс П-7. Краткопоемные луговые на аллювиальных луговых почвах. Подкласс П-7А. Злаковые, разнотравно-злаковые сухолуговые, на аллювиальных незаселенных луговых почвах. Этот подкласс на территории района получил незначительное распространение. Растительность кормовых угодий подкласса отнесена к одной группе типов. Представлена солодково-ползучепырейным, ползучепырейно-солодковым типом и лебедовой модификацией. Подкласс П-7Б. Злаковые, разнотравно-злаковые засоленные сухолуговые на аллювиальных луговых солончаковых почвах. Кормовые угодья подкласса отнесены к одной труппе типов. Представлены свиноройным прибрежницевым, клубнекамышово-прибрежницевым, солодковым, ползучепырейно-солодковым, злаково-солончаково-полынной с участием в травостое Aeluropus pungens, Elytrigia repens, Puccinellia distans, лебедовой, однолетниковой, реже прибрежницево-клубнекамышево-однолетнесолянковой (с участием в травостое солянок Climacoptera crassa, Petrosimonia oppositifolia, Petrosimonia brachiata) модификациями.

Класс П-8. Долгопоемные луговые. Подкласс П-8В. Разнотравно-злаковые сыро- и влажнолуговые на аллювиальных незасоленных луговых почвах. Состоит из двух групп типов, первая разнотравно-злаковые, осоковые влажно-луговые на аллювиальных дерновых и луговых насыщенных слоистых суглинистых почвах. В нее входят ползучепырейный, клубнекамышевый, тростниковый типы и дурнишниковая модификация кормовых угодий. Вторая группа типов - злаково-осоковые сыро-луговые на аллювиальных влажно-луговых темноцветных среднемощных суглинистых почвах. Представлена болотницево-клубнекамышевым типом.

Подкласс П-8Б. Злаковые, разнотравно-злаковые засоленные луговые на аллювиальных дерновых и луговых насыщенных солончаковых суглинистые почвах. Кормовые угодья подкласса отнесены к одной группе типов. Представлены ползучепырейным, клубнекамышево-ползучепырейным, клубнекамышовым, болотницево-клубнекамышовым, тростниковым типами и разнотравной модификацией с участием в травостое Xanthium strumarium, Atriplex tatarica, Limonium gmelinii.

Класс П-9. Болотные. Подкласс П-9А. Злаково-осоковые, осоковые, злаково-крупнотравные на аллювиальных лугово-болотных почвах. Сюда отнесены тростниковые и рогозовые травостои.