Антропогенное воздействие на почвы пастбищ Оймяконского нагорья северо-востока Якутии (стр. 1 )

На правах рукописи

ВИНОКУРОВ АНДРЕЙ АНДРЕЕВИЧ

АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПОЧВЫ ПАСТБИЩ ОЙМЯКОНСКОГО НАГОРЬЯ СЕВЕРО-ВОСТОКА ЯКУТИИ

Специальность: 03.02.08 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Якутск - 2012

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладной экологии Севера ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. » и ГНУ «Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор,

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук

Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства СО РАСХН, вед. науч. сотр.

доктор биологических наук, доцент

ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. , профессор кафедры биохимии.

Ведущая организация: Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

Защита диссертации состоится «16» апреля 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.306.03 при ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. » 8, ; e-mail: *****@***ru; *****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. »

Автореферат разослан «___» марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук

Общая характеристика работы

Актуальность. В настоящее время северные регионы привлекают к себе пристальное внимание мирового сообщества в связи с глобальным изменением климата в высоких широтах, так как северные экосистемы, находящиеся в экстремальных условиях остро реагируют даже на незначительные изменения природных условий.

Слабая изученность почвенного покрова района исследований связана с большой пространственной протяженностью и труднодоступностью природных объектов. Без научного познания основных закономерностей формирования и развития почвенного покрова, особенностей и режимов основных типов мерзлотных почв, не имея четких представлений об их изменениях в результате сельскохозяйственного освоения невозможно рационально и эффективно распоряжаться земельным фондом. Требуется всестороннее изучение почвенных ресурсов как основы их сельскохозяйственного использования в традиционном животноводстве
, а также в целях охраны уникальных ландшафтов Северо-востока России.

Концентрация сельскохозяйственного производства в местах компактного проживания населения привела к значительной деградации почвенно-растительного покрова пастбищ. Принимая во внимание это, нами изучено современное экологическое состояние почв впадин Оймяконского нагорья, характеризующейся наиболее экстраконтинентальными климатическими условиями. Географический район исследований (64º с. ш. и 144º в. д.) известен как Полюс холода на Северном полушарии, здесь в январе 1931 года официально зафиксировано снижение температуры воздуха минус 67,7 ºС.

Цель исследований – изучение антропогенного воздействия на мерзлотные почвы впадин Оймяконского нагорья Северо-востока Якутии.

В связи с этим поставлены следующие задачи:

1.  изучить почвенный покров района исследований;

2.  изучить влияние пирогенного воздействия на агрофизические и агрохимические свойства мерзлотных почв;

3.  изучить изменение агрофизических и агрохимических свойств почв пастбищ в условиях выпаса;

4.  разработать предварительные рекомендации по рациональному использованию почвенно-растительных ресурсов пастбищ.

Научная новизна. Впервые для горной части Северо-востока Якутии изучены основные типы почв пастбищ и сенокосных угодий; определены количественные показатели изменения агрофизических и агрохимических свойств почв при пирогенном и антропогенном воздействии; установлены изменения качественных и количественных показателей питательной ценности лугопастбищных растений района исследований под влиянием выпаса.

Положения выносимые на защиту:

·  В пределах Куйдусунской и Агаяканской впадин Оймяконского нагорья доминирующими типами являются мерзлотные торфяные, мерзлотные дерново-, перегнойно - и торфяно-глеевые почвы.

·  Влияние пирогенного воздействия наиболее существенно для мерзлотных торфяных и торфяно-глеевых почв впадин Оймяконского нагорья, что связано со сгоранием больших объемов торфяного материала сопровождающееся ухудшением гранулометрического состава, снижением концентрации общего азота и повышением содержания зольных элементов.

·  Многолетний неконтролируемый выпас сельскохозяйственных животных оказывает негативное воздействие, в первую очередь, на агрофизические (увеличение объемной массы, снижение фильтрации и ухудшение структурного состояния) и на агрохимические (уменьшение содержания гумуса, питательных веществ и общего азота) свойства почв района исследования.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при организации комплексного почвенно-экологического мониторинга и для проведения восстановительных мероприятий (ремидиации) данных земель, а также могут служить научным обоснованием рационального использования почвенных ресурсов региона, и как следствие, созданию надежной кормовой базы для развития животноводства.

Апробация работы. Основные результаты научных исследований, положенных в основу диссертации, были представлены: V Международной научно-практической конференции «Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2007); Научно-практической конференции посвященной 15-летию ФГНУ ИПЭС «Экологическая безопасность Якутии» (Якутск, 2008), Всероссийской научной конференции XII Докучаевские молодежные чтения «Почвы и продовольственная безопасность России» (Санкт-Петербург, 2009), Региональной научной конференции «I Ковалевские молодежные чтения» (Новосибирск, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 4 в журналах из перечня ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 22 рисунка и 8 приложений. Список литературы включает 143 отечественных, 25 иностранных источников.

Настоящие исследования проведены при финансовой поддержке Гранта Президента Республики Саха (Якутия) по программе научных исследований молодых ученых (2008 г.).

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы доктору биологических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ , а также сотрудникам лаборатории географии и экологии мерзлотных почв НИИПЭС СВФУ и лаборатории технологии продуктивного коневодства ГНУ ЯНИИСХ Россельхозакадемии за помощь и поддержку.

1. Анализ состояния изученности проблемы

В главе проведен анализ литературы по мерзлотным почвам региона исследования, воздействию пирогенного воздействия на почвенный покров и рациональному использованию почвенно-растительных ресурсов долинных ландшафтов Северо-востока Якутии.

2. Объекты и методы исследований

Объектом исследований явился почвенно-растительный покров Куйдусунской и Агаяканской впадин Оймяконского нагорья Северо-востока Якутии с географическими координатами 64º с. ш. и 144º в. д. (рис. 1).

Выбор данной территории объясняется своеобразием физико-географических условий, обуславливающих многообразие и пестроту почвенно-растительного покрова, и локальностью территории, на которой расположены основные традиционные отрасли животноводства (коневодство, скотоводство, оленеводство) Северо-востока Якутии. Исследования почвенного покрова проводились по двум направлениям с оценкой степени воздействия зоогенного и пирогенного факторов:

·  почвенно-растительный покров пастбищ, прилегающих к населенным пунктам в радиусе 3-5 км.

·  почвенно-растительный покров пастбищ на удалении от населенных пунктов 5 и более км.

Рис. 1. Местонахождение района исследований и фрагмент почвенной карты (сноска) М 1:2500000 (Атлас…, 1989)

Методы исследований. Почвы изучались в соответствии с общепринятыми методиками, инструкциями и ГОСТами, с детализацией зоогенно и антропогенно преобразованных участков. Отбор проб проводился согласно ГОСТу . Пробоподготовка проводилась согласно ГОСТу 17.4.4.02-84.

Химические, физико-химические, агрохимические и агрофизические свойства почв и растительности определялись в лаборатории агрохимии и почвоведения ИПА СО РАН (г. Новосибирск), лаборатории общей биохимии и массового анализа ГНУ ЯНИИСХ РАСХН на ИК-анализаторе NIR SCANNER 4250 и ГУП «Центргеоланалитика» ГГК РС (Я).

Результаты исследований обработаны методом дисперсного анализа (Доспехов, 1985).

Всего заложено 78 разрезов, определены 14 типов мерзлотных почв, диагностика почв производилась на основе классификации мерзлотных почв (1987).

Геоботанические описания проводились методом пробных площадок, проективное покрытие определялось по шкале Друде, урожайность травостоев - по биологической продуктивности. Определение видового разнообразия кормовых трав проводилось по Определителю высших растений Якутии (1974), Флоре Сибири, Т. I-XIII ().

Картосхемы почвенного покрова масштаба 1:и 1:50 000 созданы в лаборатории экологического картографирования НИИПЭС СВФУ сравнительно-географическим методом на базе Arc View 9.

3. Природно-климатические условия формирования почвенного покрова

Почвенный покров региона формируется в условиях, не имеющих аналогов на всем Северном полушарии. Амплитуда температуры воздуха составляет более 100 ºС, абсолютный зафиксированный минимум температуры воздуха - 67,7 ºС, годовая сумма осадков 150-220 мм. Аридный и резко континентальный климат обусловливает своеобразный криоаридный гидротермический режим почв.

В годы исследований средняя годовая температура воздуха была выше средней многолетней на 1,4 ºС. Максимальная сумма среднемесячной температуры воздуха за пять месяцев с положительной температурой зафиксирована в 2008 г. (52 °С), а наименьшая в 2007 г. (44,7 °С) при средней многолетней норме 40,6 °С. Максимум осадков в теплый период наблюдался в 2008 г. (195,5 мм), минимум в 2009 г. (113,1 мм) при средней многолетней норме 147 мм.

Геологическое строение Оймяконского нагорья сложное, в горных породах присутствуют отложения всех систем, преобладают осадочные породы верхнего палеозоя и мезозоя. Также распространены интрузивы и эффузивы основной и кислой магмы мелового периода, а также четвертичные отложения, особенно значительные в низменностях.

Рельеф горно-увалистый, сильно расчленен и имеет абсолютные высоты от 300 до 800 м, обусловленный сложным геологическим строением и различием геотектонических структур. Орографические особенности оказывают большое влияние на характер климата, многолетней мерзлоты, почв, растительности, животного мира, на размещение полезных ископаемых и характер хозяйственной деятельности человека.

Почвообразующие породы водоразделов сложены элюво-делювием коренных пород и пролювием плотных пород (глинистых сланцев), низменности межгорных впадин заполнены четвертичными отложениями. Считается, что именно эрозионно-денудационный характер поверхности способствовал более интенсивному протеканию геохимических процессов, активной миграции и аккумуляции рассеянных и редких элементов в почвенном покрове.

Суровый климат обуславливает широкое распространение многолетней мерзлоты, глубокое и сильное промерзание почв, их слабое прогревание и оттаивание летом.

4. Характеристика естественного состояния почвенного покрова

Доминирующие типы мерзлотных почв долин рек Куйдусун и Агаякан (верхнее течение р. Индигирка) в основном представлены комплексами мерзлотных торфяных, торфяно-, перегнойно-, дерново-глеевых почв разной степени оглеения и разновидностями аллювиальных почв.

Мерзлотные дерново-глеевые почвы развиты на надпойменных террасах под травяно-кустарниковыми ассоциациями на суглинистом древнем аллювии. Оттаивают на 60-80 см. Эти почвы прошли лугово-болотную стадию почвообразования, сохранили оглеение. В них отсутствует карбонатный горизонт. Данные почвы характеризуются легким гранулометрическим составом с преобладанием фракции мелкого песка (табл. 1).

Таблица 1

Гранулометрический состав мерзлотных почв

Горизонт, глубина, см.	Гигр. влага, %	Потеря от HCL, %	Значение фракций, %	Физ. глина, < 0,01	Физ. песок, >0,01
1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	< 0,001
Мерзлотная дерново-глеевая почва
А 10-25	0,84	2,8	1,2	53,1	31,6	4,2	0,4	6,7	11,3	85,9
G 25-60	0,34	1,0	1,6	70,5	15,1	8,4	2,6	0,8	11,8	87,2
С 60-95	0,33	2,0	-	46,3	43,9	2,8	1,0	4,0	7,8	90,2
Мерзлотная аллювиальная дерновая почва
А 15-25	0,29	0,5	3,3	87,1	4,2	0,2	0,3	4,4	4,9	94,6
В 25-55	4,21	4,0	-	9,5	42,0	11,4	15,9	17,2	44,5	51,5
С 55-65	1,80	2,4	0,4	17,7	43,9	15,2	13,2	7,2	35,6	62,0

Реакция среды кислая, постепенно меняется вниз по профилю от сильно кислой до средне кислой. Вскипание не наблюдается. Содержание гумуса высокое только в верхнем горизонте, в нижних горизонтах его содержание резко уменьшается вниз по профилю. Гумус слабо насыщен азотом, о чем свидетельствует широкое отношение C/N, в минеральной очень бедной гумусом части отношение C/N резко сужается (табл. 2).

Таблица 2

Агрохимические и физико-химические свойства мерзлотных почв

Горизонт и глубина, см	рН водн.	Гумус, %	Nобщ, %	C:N	Подвижные, мг/100 г.	Обменные основания, мг-экв/100 г
Р2О5	К2О	Ca2+	Mg2+
Мерзлотная дерново-глеевая
Ад 0-10	4,36	6,08	0,280	12,60	0,10	2,53	-	-
А 10-25	4,73	2,78	0,137	11,77	0,08	2,61	3,51	1,97
G 20(40)-55	5,76	0,20	0,030	3,87	0,07	2,90	1,98	0,90
С 60-95	6,08	0,13	0,027	2,79	0,07	2,86	2,63	0,72
Мерзлотная торфяно-глеевая
Т1 0-5	5,54	7,98	0,615	7,5	0,21	1,87	4,13	3,26
Т2 5-10	5,86	1,78	0,181	5,70	0,14	1,65	4,28	1,55
Т3 10-20	5,25	14,90*	0,599	14,43	0,09	1,93	8,78	2,71
G 20-25	4,87	1,92	0,121	9,20	0,07	2,08	3,51	1,96
Мерзлотная аллювиальная дерновая
Ад 0-5	5,0	32,91*	2,022	9,4	-	-	2,74	4,28
А 5-15	4,6	22,30*	1,311	9,8	-	-	2,10	1,81
АВ 15-25	4,7	0,51	0,041	7,2	-	-	1,21	0,72
В 30-40	4,8	23,88*	1,184	11,7	-	-	5,49	1,81
С 56-63	5,1	10,44*	0,443	13,7	-	-	3,84	1,09

* - углерод по Анстету