Влияние климата на биологические свойства почв юга России

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 70-95%. 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 дерново-гумусовом горизонте. Гумификация и минерализация органических остатков осуществляется микромицетами. Экологически почвы благоприятны для дикорастущих плодовых деревьев.

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 гуматно-фульватном 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 40,2-40,3%.

Рис. 15. Лес, пос. Гузерипль, профиль бурой лесной почвы

Кислая слабокислая реакция среды pH 5,0-6,5. ЕКО в горизонте А1 20,0-22,0, в горизонте Bt 8-10 мг-экв./100 г. Насыщенность основаниями Ca + Mg 70-85%.

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.

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.

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.

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, комковато-порошистый, 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 35)	Иллювий известняка, мелкие и крупные , мелкозем желто-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%.

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.

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).



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. 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 легко- и 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 290-390 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.

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 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).



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).

Рис. 18. Зависимость изменения количества осадков и биологических показателей от расстояния от Астрахани, 2007 г.

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).

Рис. 19. Содержание легкорастворимых солей и рН бурых полупустынных почв Прикаспийской низменности: Бс - бурая солонцеватая; Бк - бурая карбонатная; Бп - бурая песчаная

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).

Рис. 20. Профильное распределение биологических параметров бурых полупустынных почв Прикаспия

Таблица 13. Эколого-генетические особенности исследуемых почв, 2007 г.

Участок	Горизонт	Глубина	Почва	рН	Соли, %	Каталаза, мл О2/г/мин	Дегидрогеназа, мг ТФФ/г сут.	Гумус, %	Азотобактер, % обрастания	Дыхание, мл СО2/сут.	Длина проростков редиса, мм	Длина корней редиса, мм	Длина редиса, мм
г. Астрахань, бугор Бэра, залежь	Ад	0-3	Бурая полупустынная карбонатная	8,1	0,07	2,2	22,7	0,83	53	22,5	20,5	10,9	31,4
	А1	3-20		8,1	0,38	1,4	7,3	0,08	5	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	BNa	30-40		8,1	0,33	1,7	8,3	0,10	80	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	ВСск	60-70		8,1	0,47	1,1	4,8	0,04	100	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
Астрахань склон бугра Бэра, пастбище	Aд	0-10	Бурая полупустынная	8,0	0,09	2,0	19,0	0,77	78	28,0	31,4	22,3	53,7
	АВ	15-25		8,6	0,03	2,1	13,7	0,29	100	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
Калмыкия, Барханы, развеваемые пески	А	0-5	Буропески	8,3	0,01	0,8	11,2	0,28	83	24,7	30,3	9,8	40,1
	АВ	20-30		8,8	0,01	0,9	11,9	0,11	100	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	В	50-60		8,7	0,01	0,7	9,3	0,00	100	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
Калмыкия, п. Хулхута сухая равнина, пастбище	Ад	0-8	Бурая полупустынная солонцеватая	8,3	0,01	1,8	12,9	0,77	93	6,8	28,3	15,1	43,4
	АВ	10-20		8,6	0,02	1,0	15,6	0,04	93	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	B1сн	30-40		9,3	0,09	3,3	9,7	0,22	95	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	B2сн	50-60		9,0	0,25	1,9	10,0	0,00	98	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
	Cск	90-100		8,2	0,50	0,9	3,9	0,00	100	не опр.	не опр.	не опр.	не опр.
Ростовская обл., п. Привольный, пастбище	А	0-10	Каштановая	8,3	0,02	9,5	19,6	2,17	95	12,2	29,4	18,5	47,9

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).

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).



Рис. 22. Влияние степени континентальности климата (по Ценкеру) на биологические свойства почв юга России (2009 г.)

Таблица 14. Корреляционная матрица зависимости биологических параметров от климатических показателей (р>0,05) (шрифтом выделены достоверные значения)

Показатели	Гумус	Каталаза	Инвертаза	Дегидрогеназа	Бактерии	Грибы	Азотобактер
Индекс аридности де Мартонна	0,91	0,90	0,80	-0,65	-0,78	0,76	0,67
Индекс аридности Емберже	0,86	0,91	0,71	-0,56	-0,78	0,71	0,57
Индекс континентальности Горчинского	-0,93	-0,91	-0,89	0,35	0,52	-0,50	-0,68
Индекс континентальности Хромова	-0,93	-0,89	-0,90	0,35	0,51	-0,51	-0,69
Индекс континентальности Ценкера	-0,93	-0,90	-0,91	0,35	0,49	-0,53	-0,69
Индекс континентальности Конрада	-0,94	-0,89	-0,87	0,34	0,52	-0,50	-0,64
Коэффициент увлажнения Мезенцева	0,92	0,90	0,84	-0,57	-0,66	0,77	0,64

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.

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 континентальности 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).

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

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 єС и более 40єС в песчаной, выравниваясь на глубине 20 см на уровне 25єС 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.

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- светло-каштановая солонцеватая почва, Элиста)

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).

Таблица 15. Эколого-генетические особенности исследуемых почв восточной трансекты, 2009 г.

Угодье	Почва	Горизонт	Глубина, см.	рН	Влажность, %	Соленость, %	Гумус, %	Каталаза, мл О2/г/мин.	Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут.	Фосфатаза, мг Р2О5/г/ч.	Инвертаза, мг глюкозы/г/сут.	Микробы, млн/г.	Грибы, тыс/г.	Азотобактер,% обрастания	Дыхание, мг СО2/100г.	Всхожесть редиса, %	Общаяя длина редиса, мм.
Зимовники, залежь	Каштановая	А1	0-10	7,9	11,9	0,03	2,93	9,8	19,4	0,10	52,19	не опр.	не опр.	100	8,2	93	50,2
		АВ	25-30	8,1	7,0	0,04	2,12	8,1	22,1	0,04	9,39	не опр.	не опр.	100	не опр.	не опр.	не опр.
Ремонтное, пастбище	Каштановая	А	0-10	7,8	6,7	0,03	2,88	6,7	24,2	0,13	27,01	0,90	17,0	0	4,3	93	41,4
		АВ	20-30	8,1	4,6	0,02	1,74	5,8	19,4	0,07	15,30	не опр.	не опр.	4	не опр.	не опр.	не опр.
		В	50-60	8,6	5,2	0,02	1,22	3,9	19,6	0,01	1,19	не опр.	не опр.	8	не опр.	не опр.	не опр.
Калмыкия, Элиста	Каштановая	А	0-12	8,1	1,6	0,02	2,19	6,1	15,6	0,02	6,51	0,45	13,8	1	6,2	96	66,6
		А2	12-20	8,3	3,0	0,03	1,59	6,5	16,4	0,23	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
		Всн	20-35	8,4	3,5	0,02	1,91	4,4	11,0	0,16	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
		ВС	35-60	8,2	3,5	0,05	1,41	3,0	11,1	0,04	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
		Сса	60-70	7,5	3,0	0,15	0,82	2,4	3,7	0,20	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
Калмыкия, Яшкуль	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	6,3	91	44,2
Калмыкия, Хулхута	Бурая полупустынная	А2	0-9	8,6	0,5	0,02	1,39	2,7	21,9	0,06	0,27	1,04	13,2	0	6,5	87	55,8
		Всн	9-30	9,4	4,8	0,13	0,84	6,4	8,3	0,08	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
		В	30-49	8,9	4,6	0,39	2,42	3,0	5,0	0,04	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.
		Вs	49-70	7,9	5,1	1,41	0,20	1,5	4,4	0,05	0,00	не опр.	не опр.	0	не опр.	не опр.	не опр.

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.

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



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, 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).

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).

Таблица 16

Эколого-генетические особенности горных почв юга России, 2010г

УГОДЬЕ	Почва	Горизонт	Глубина	рН	Влажность, %	Плотность, г/см3	Каталаза, мл О2/г/мин.	Инвертаза, мг глюкозы/г/сут.	Микробы, млн/г.	Грибы,тыс/г.	Азотобактер, % обрастания	Гумус, %	Дыхание, мл СО2/сут.	Общая длина редиса, мм.	Фосфатаза, мг Р2О5/г/ч.	Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут
Партизанская поляна	Бурая лесная	А	0-10	6,0	30,4	0,79	6,9	93,7	64,9	0,3	0	14,5	30,3	21,2	не опр.	1,8
		В	10-30	6,1	21,6	не опр.	1,8	22,3	не опр.	не опр.	0	3,8	не опр.		1,59	7,0
		ВС	30-45	6,3	16,4	не опр.	1,8	13,6	не опр.	не опр.	56	3,2	не опр.	не опр.	0,67	7,0
пос. Гузерипль, лес	Бурая лесная	А0А1	0-5	6,9	7,5	1,08	6,4	35,8	53,1	11,0	100	10,3	31,3	29,0	1,67	5,0
		А	5-10	7,2	8,8	не опр.	2,5	0	не опр.	не опр.	100	2,8	не опр.	не опр.	1,31	5,0
		В	10-30	6,8	8,1	не опр.	1,9	10,2	не опр.	не опр.	100	1,8	не опр.	не опр.	0,99	4,2
		ВС	30-45	7,0	7,1	не опр.	1,7	0	не опр.	не опр.	53	0,5	не опр.	не опр.	1,72	6,4
с. Хамышки, лес	Бурая лесная	А	0-10	6,1	16,8	1,07	5,3	8,6	72,5	28,0	56	4,8	20,8	26,9	0,98	4,5
		АВ	10-30	7,0	14,6	не опр.	3,1	23,5	не опр.	не опр.	72	1,8	не опр.	не опр.	1,00	4,3
		В	30-45	6,3	14,1	не опр.	2,1	0	не опр.	не опр.	100	0,9	не опр.	не опр.	1,90	6,0
ст. Даховская, лес	Серая лесная	А	0-10	7,0	17,1	1,29	11,1	15,5	68,3	1,7	39	9,1	54,5	24,7	2,01	32,4
		АВ	10-30	7,2	15,6	не опр.	8,5	6,9	не опр.	не опр.	79	4,6	не опр.	не опр.	0,68	11,5
		В	30-50	7,0	14,2	не опр.	7,4	0	не опр.	не опр.	79	2,1	не опр.	не опр.	1,21	4,4
г. Белореченск, лесхоз	Чернозем слитой	А	0-10	6,9	9,9	1,29	5,3	43,4	64,5	14,3	11	7,4	38,0	28,1	1,94	3,9
		АВ	10-40	6,7	11,6	не опр.	4,3	28,7	не опр.	не опр.	0	3,5	не опр.	не опр.	1,16	4,5
		В	40-55	6,9	11,9	не опр.	3,2	23,8	не опр.	не опр.	0	2,6	не опр.	не опр.	1,94	3,2

Размещено на http://www.allbest.ru

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).

Рис. 29. Изменение биологической активности почв в зависимости от среднегодового количества осадков, 2012 г.



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.



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 лесостепных и степных почвах содержание органики снижалось плавно с глубиной.



Рис. 32. Содержание гумуса в профиле основных типов почв, 2012 г.

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 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.



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).



Рис. 35. Распределение активности полифенолоксидазы в профилях основных типов исследуемых почв, 2012 г.

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).

Таблица 17. Эколого-генетические особенности почв юга России, 2010 г.

Угодье	Почва	Горизонт	Глубина	рН	Влажность, %	Плотность, г/см3	Гумус, %	Каталаза, мл О2/г/мин	Инвертаза, мг глюкозы/г/24ч	Дегидрогеназа, мг ТФФ/г/сут.	Полифенолоксидаза, мг пурпур галлина/100г/30мин
Абаго, субальпийский луг	Луговая субальпийская	Ат	0-5	4,7	32,4	0,3	16,8	15,5	65,5	6,7	0,5
		Ад	5-16	4,3	не опр.	не опр.	9,4	6,6	69,6	5,6	0,2
		АВ	16-28	4,9	не опр.	не опр.	4,2	2,4	41,6	8,4	0,3
		В	28-36	4,6	не опр.	не опр.	3,1	1,5	17,7	11,8	0,0
пос. Гузерипль, лес	Бурая лесная	А	0-5	5,4	18,2	0,9	10,2	6,1	22,1	5,3	0,3
		А	5-10	5,2	не опр.	не опр.	4,3	2,5	13,0	5,6	0,4
		В	15-25	5,8	не опр.	не опр.	2,0	1,4	7,5	9,2	0,3
		ВС	30-40	6,1	не опр.	не опр.	1,4	1,2	6,9	10,6	0,4
с. Хамышки, лес	Темно-серая лесная	А	0-7	7,8	8,0	0,8	7,3	5,9	22,5	34,3	0,8
		А1	12-25	6,4	не опр.	не опр.	3,7	7,2	11,8	29,9	0,5
		АВ	40-45	6,9	не опр.	не опр.	2,2	5,1	10,5	13,4	1,0
ст. Даховская, лес	Серая лесная	А	0-10	6,3	22,1	0,9	7,2	8,8	20,4	23,8	0,9
		АВ	15-25	6,1	не опр.	не опр.	3,4	3,7	14,5	11,9	0,8
		В	35-45	5,2	не опр.	не опр.	2,2	2,2	7,9	13,7	0,7
		В	50-60	5,9	не опр.	не опр.	2,0	5,5	5,3	14,5	0,6
		ВС	100-110	5,7	не опр.	не опр.	1,2	13,9	7,8	14,4	0,5
г. Майкоп, лес	Серая лесостепная	А	0-7	6,2	8,8	1,1	7,4	9,6	28,6	17,1	0,4
		А1	7-18	5,7	не опр.	не опр.	2,7	7,3	18,0	8,3	0,6
		В	25-35	6,0	не опр.	не опр.	1,3	2,9	9,3	8,9	0,7
		Апог	50-60	5,3	не опр.	не опр.	1,3	2,0	8,3	7,7	0,7
		В2	70-80	5,6	не опр.	не опр.	1,5	3,1	6,8	11,8	0,3

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.

Таблица 18. Эколого-биологические свойства азональных почвы юга России

Местоположение	Почва	Горизонт	Глубина, см	рН	Соленость,%	Гумус, %	Каталаза, мл О2/г/мин	Инвертаза, мг глюкозы/г/24ч	Дегидрогеназа, мг ТФФ/10г/24ч	Бактерии, млн/г
Республика Адыгея, пос. Гузерипль	Рендзина выщелоченная	А	0-5	6,6	0,0	16,8	8,2	81,9	3,9	57,3
		АВ	5-10	7,0	0,0	11,8	5,2	42,6	1,8
		В	10-35	6,4	0,0	5,7	3,3	59,9	3,8
		С	35-50	7,1	0,0	5,3	7,2	0,0	25,4
Астраханская область, пос. Линейное	Солончак соровый	соляная корка	0-2	9,1	5,80	0,3	0,9	не опр	8,0	не опр
		слой 1	10-20	8,6	5,00	0,2	0,4	не опр	6,5
		слой 2	25-30	8,6	3,64	0,3	0,3	не опр	3,7
		слой 3	50-60	8,5	4,78	0,4	0,1	не опр	5,4
Республика Калмыкия, пос. Барханы	Буропески	Асд	0-2	8,6	0,04	1,9	5,3	14,1	48,6	0,48
		А2	2-10	9,3	0,06	0,7	4,9	0,0	14,4
		Всн	10-38	9,1	0,38	1,1	4,0	0,0	7,1
		ВS	45-50	8,2	1,82	0,2	2,5	0,0	2,9
		ВS	75-85	7,8	1,97	0,1	1,6	0,0	0,8
Ростовская область, ст. Вешенская	Серопески	А д	0-10	7,4	не опр	1,4	2,1	26,3	3,7	не опр
		А	10-30	7,1	не опр	0,9	1,8	4,3	6,9
		С	30-40	7,3	не опр	1,1	1,1	0,1	5,9

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 (-8,8єC), максимум в самой южной - плато Абаго (-0,1єC). 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 показателей 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 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.



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 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.



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 плотность 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.

Рис. 39. Изменение плотности исследуемых почв

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%.

Таблица 19. Корреляционная матрица зависимости биологической активности почв от климата (выделены достоверные значения, р<0,05)

Показатели	рН	Влажность	Каталаза	Инвертаза	Гумус	Дегидрогеназа	ИПБС, верх
Высота над у.м.	-0,77	0,83	0,67	0,36	0,90	-0,45	0,49
Осадки	-0,92	0,90	0,70	0,48	0,98	-0,37	0,60
Среднегодовая температура	0,47	-0,49	-0,26	-0,43	-0,35	0,34	-0,27
Амплитуда температуры	0,94	-0,86	-0,61	-0,38	-0,89	0,24	-0,54
Индекса аридности де Мартонна	-0,93	0,90	0,68	0,48	0,97	-0,40	0,58
Индекс аридности Емберже	-0,94	0,91	0,71	0,63	0,97	-0,38	0,66
Индекс континентальности Ценкера	0,96	-0,91	-0,60	-0,43	-0,90	0,30	-0,55
Коэффициент увлажнения Мезенцева	-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.



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 января содержание гумуса повышается (прямая зависимость). Коэффициенты корреляции составляют -0,85 и 0,82 соответственно.



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%.



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.