Численность микроартропод черноземов степных агроландшафтов с очагами современного переувлажнения

Важной проблемой для степной зоны Юга России является появление и широкое распространение локального сезонного переувлажнения черноземов, которое не соответствует экологии этих почв. Особенность развития современного локального переувлажнения в условиях неорошаемого земледелия состоит в том, что оно является следствием процессов, которые связаны с незначительными, на первый взгляд, изменениями, приводящими при определенном сочетании природных предпосылок к изменениям в гидрологии целых регионов [8]. Причиной возникновения и развития переувлажнения черноземов является сочетание двух групп факторов: природных предпосылок и комплекса антропогенных воздействий, которые являются пусковым механизмом [5, 12]. На месте автоморфных черноземов возникли новые, весьма своеобразные ландшафты с типичной гидрофильной растительностью и минеральными гидроморфными почвами разной степени заболоченности и засоления. Такие ландшафты получили название мочары. Они занимают обычно дискретные ареалы среди зональных черноземов и, по сути, представляют собой комплекс болотных, лугово-болотных, луговых и лугово-степных почв [1].

Система критериев для индикации почв мочар-ных ландшафтов не разработана полностью. Поэтому использование достаточно надежных биологических объектов индикации, которые хорошо зарекомендовали себя для диагностики изменения почвенных свойств и режимов, позволит оценить степень развития процесса локального переувлажнения в любом месте их проявления. Некоторые биологические особенности почв участков локального переувлажнения были ранее изучены [7]. Но, несмотря на довольно широкое распространение локально переувлажненных участков в бассейне Нижнего Дона, до настоящего времени почвенные беспозвоночные населяющие их вообще не изучались.

Цель исследования – установить численность почвенных микроартропод (клещей и ногохвосток) черноземов, которые подвергаются избыточному увлажнению, и оценить возможность использования этого показателя в качестве одного из критериев проявления локального переувлажнения в нашем регионе.

Объектами исследования являлись локально переувлажненные ландшафты Зерноградского района Ростовской области. Согласно схеме геоморфологического районирования Волго-Донского региона, исследованная территория является частью АзовоКубанской низменности. Климат Зерноградского района – среднеконтинентальный с амплитудой среднемесячных температур 28,5 С и Кт 0,7-0,8. Он относится к умеренно жаркому району с суммой положительных температур за период активной вегетации 3200-3400 С. Особенность Зерноградского района определяется равнинным рельефом, незначительной водопроницаемостью покровных отложений с подстиланием из третичных глин. Также для местности характерна природная замедленность грунтовых потоков. Возникновение и увеличение дополнительного питания грунтовых вод, связанного с нарушением естественного дренажа вследствие заиления балок и рек привело к появлению грунтового подтопления [9].

Для исследования численности почвенных мик-роартропод отбирались пробы почвы в мае 2010 г. в 8-кратной повторности металлической рамкой объемом 125 см³ на глубину до 25 см послойно по 5 см [4]. Всего было отобрано 40 почвенных образцов. Одновременно послойно измерялась температура, отбирались образцы для определения влажности. Определение полевой влажности почвы проводилось гравиметрическим методом. Пробы почвы отбирались послойно по 5 см в трехкратной повторности. Также на участке исследования был заложен полнопрофильный почвенный разрез. Экстракцию микроартропод из субстрата осуществляли на эклекторах при естественном освещении без электрического обогрева в течение 7 дней до полного высыхания [14] с последующим хранением в 70% спирте с добавлением глицерина. В спиртовых пробах под бинокуляром МБС-10 выявляли состав микроартропод: панцирных клещей, относящихся к отряду Acariformes; гамазовых клещей, относящихся к отряду Parasitiformes. Клещей, относящихся к подотряду Trombidiformes (тарсонемоидных, эн-деостигматических, простигматических), а также акароидных клещей, подотряда Sarcoptiformes объединили в акароидно-тромбидиформный комплекс. Особое внимание было уделено ногохвосткам (Collembola), которых учитывали количественно в каждой пробе послойно. Остальных животных по своим мелким размерам относили к прочим беспозвоночным.

Для показателей численности подсчитывали среднее и ошибку среднего. Оценку зависимости распределения численности микроартропод по профилю от температуры и влажности проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа. Характер распределения микроартропод на обследуемом участке определяли с использованием индекса агрегированности по формуле Лексиса (λ). Среди многочисленных параметров распределения этот коэффициент имеет наибольшую биологическую информативность [13]. Статистическая обработка выполнена с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2003.

Для исследования численности микроартропод локального переувлажненого ландшафта были выбраны наиболее характерные точки и были отобраны пробы для последующего анализа. Как правило, подобные ландшафты резко выделяются среди сельскохозяйственных полей из-за смены растительности. Наряду со степными видами широко представлены гидроморфные растения, а также хорошо выраженной поясностью в характере размещения группировок травяно-лугово-болотной растительности [11].

Точки отбора образцов располагались под разными растительными ассоциациями: ассоциации с доминированием тростника обыкновенного и ассоциации на остепняемых участках мочарного ландшафта с доминированием степных злаков (типчака, пырея и др.) без участия тростника обыкновенного.

Помимо доминантов в растительных ассоциациях также встречаются трехреберник, молочай, чертополох, тысячелистник, ярутка полевая, щавель конский, осот полевой, подмаренник. Результаты исследования температуры и влажности почвы в точках отбора почвенных образцов в пределах локально переувлажненного ландшафта и на пашне представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что исследуемый участок значительно отличается по условиям температуры и влажности от обычной пашни даже в переделах 25-см слоя. Согласно ранее проведённым исследованиям [10], влажность в верхнем метровом слое переувлажненных почв обычно выше, чем в зональных черноземах: в лугово-черноземных – на 23, в черноземно-луговых – на 3-5%.

Локально переувлаженный ландшафт представляет собой неоднородную по растительному покрову многолетнюю залежь (более 30 лет). В основном, большая часть участка занимает тростник обыкновенный, но встречаются участки свободные от него и занятые сообществом степных злаков: вейником наземным, типчаком, пыреем и пр. Неодинаковый растительный покров точек отбора стал причиной различий в температуре и влажности почвы. Более плотный и высокий покров, который образует сообщество тростника обыкновенного, является причиной более низкой температуры верхних слоев почвы и их более высокой влажности по сравнению с сообществом типчака и вейника (табл. 1).

В таблице 2 представлена численность микро-артропод, населяющих локально переувлажненный участок.

В качестве эталона использовался участок с типичными для данной зоны почвами – черноземом обыкновенным карбонатным – памятник природы «Степь Приазовская». Наиболее полная характеристика комплекса микроартропод этого типа почв дана в работе Булышевой Н.И. [2]. Сходные данные были получены и для другого эталонного участка – ООПТ «Персиановская степь» [6] для такого же типа почв. В таблице 3 приведены данные по агроценозу и разным стадиям залежи.

Таблица 1 . Температура и влажность почвы локально переувлажненного ландшафта и чернозема обыкновенного карбонатного под с/х культурой

Слой, см	Точки отбора под тростником		Точки отбора под типчаком
	Влажность, %	Т, °С	Влажность, %	Т, °С
0 – 5	20,87	19,2	13,87	24,3
5 – 10	24,56	15,6	18,23	19,3
10 – 15	29,49	14,8	19,20	17,8
15 – 20	28,14	14,1	19,94	15,8
20 – 25	29,37	13,8	25,02	14,8

Таблица 2. Средняя численность различных групп микроартропод (тыс.экз./м²) в слое 0–25 см локально переувлажненного ландшафта

Группы микроартропод	Май
Панцирные клещи	21,2±0,7
Гамазовые клещи	4,3±0,3
Акароидно-тромбидиформные клещи	1,0±0,1
Ногохвостки	3,8±0,3
Прочие беспозвоночные	4,5±0,3
Всего микроартропод	34,8±1,7

Таблица 3. Средняя численность микроартропод (тыс.экз./м²) в пахотном горизонте чернозема обыкновенного карбонатного памятника природы «Степь Приазовская» в мае [2]

Группы микроартропод	Агроценоз	5-летняя залежь	15-летняя залежь	Многолетняя залежь
Панцирные клещи	8,2 ± 2,7	10,0±2,6	13,9±2,6	23,3±3,2
Гамазовые клещи	3,6 ± 0,8	6,2±1,7	10,5±2,7	12,3±2,8
Акароидно-тромбидиформные клещи	2,5 ± 0,4	9,2±2,1	10,9±2,6	15,3±2,5
Ногохвостки	3,2 ± 0,6	5,8±1,7	7,8±1,9	11,1±2,1
Прочие беспозвоночные	3,9 ± 0,7	4,1±0,5	4,9±1,6	6,5±1,2
Всего микроартропод	21,4 ± 3,4	35,3±4,6	48,0±4,8	68,5±5,7

Анализ результатов исследований показал, что в мае на локально переувлажнённых почвах общая численность микроартропод (34,8 тыс.экз./м²) сходна с данными, полученными под пятилетней залежью (35,3 тыс.экз./м²). При этом численность на многолетней залежи при переувлажнении в два раза ниже, чем таковая в автоморфных условиях. Однако численность основных деструкторов растительного опада – панцирных клещей (21,2 тыс.экз./м²) сравнима с численностью, отмечавшейся на многолетней залежи (23,3 тыс.экз./м²), что является следствием как достаточной влажности и теплообеспеченности почвы, так и наличия питательного субстрата. Показатели плотности населения остальных групп микроартропод аналогичны либо несколько ниже, отмеченных на пашне эталонного участка. Например, количество акаро-идно-тромбидиформных клещей в агроценозе составляет 2,5 тыс.экз./м², а в переувлажнённой почве всего 1 тыс.экз./м².

Исследование вертикального и горизонтального распределения микроартропод позволяет оценить степень неоднородности условий среды в пределах биотопа, механизмы взаимодействия различных групп почвенных беспозвоночных друг с другом и др.

В ходе оценки плотности населения мелких членистоногих по почвенному профилю наибольший ее показатель отмечен в слое 0-5 см для всех групп микроартропод исключая прочих клещей. Для них пик численности зафиксирован в слое 5-10 см. Далее, с глубиной во всех исследуемых группах отмечено снижение численности. По данным двухфакторного дисперсионного анализа зависимость изменения численности микроартропод с глубиной от температуры и влажности не достоверна (P^0,05).

Горизонтальное распределение микроартропод на переувлажненном участке носит агрегированный характер (2,5^λ^5). На эталонных 5-, 15- и 70- летних залежах наблюдается слабоагрегированное распределение (λ меньше 2,5), и отмечается сниже- ние индекса с увеличением возраста оставления в залежь, а, следовательно, и стабилизации биоцено- за [3].

На территории локально переувлажненного ландшафта в зависимости от длительности переувлажнения происходит смена растительных сообществ, что влечет за собой изменение численности всех исследуемых групп мелких членистоногих.

Также в большинстве случаев, локальное переувлажнение становится причиной увеличением количества общего органического вещества в почве. Комплекс сложившихся почвенно-гидрологических условий и изменение характера растительных остатков способствует тому, что происходит замедление минерализации органических остатков и накопление полуразложившегося материала. Вероятно, это и послужило причиной значительного увеличения количества панцирных клещей на переувлажненном участке, т.к. они участвуют на средних и поздних этапах разложения органических веществ.

При этом общая численность мелких членистоногих ненамного увеличивается по сравнению с пашней, хотя количество потенциальной пищи на участках переувлажнения гораздо выше. Роль ограничивающего фактора в данном случае играет большое разнообразие как гидрологических режимов, так и химического состава почв переувлаж-нённых ландшафтов. Возможность использования показателей численности микроартропод как диагностического критерия процесса переувлажнение требует дальнейшего изучения.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (14.A18.21.0187, 14.A18.21.1269) и в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета.

• 1.    Безуглова О.С., Назаренко О.Г. Генезис и свойства мо-чаристых почв Предкавказья // Почвоведение. 1998. № 12. С. 1423-1430.

• 2.    Булышева Н.И . Микроартроподы (Acarina, Collembola) в пахотном горизонте черноземов обыкновенных и каштановых почв Нижнего Дона: Дис.... канд. биол. наук. Ростов н/Д, 2004. 177 с.

• 3.    Булышева Н.И., Кременица А.М., Казадаев А.А . Динамика комплекса микроартропод (Acarina, Collembola) памятника природы «Степь Приазовская» при естественном остепнении // Вестник Южного научного центра. 2008. Т. 4. № 1. С. 52-60.

• 4.    Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М. 1965. 278 с.

• 5.    Зайдельман Ф.Р., Тюльпанов В.И., Ангелов Е.Н., Давыдов А.И. Почвы мочарных ландшафтов – формирование, агроэкология и мелиорация. М.: Изд-во МГУ, 1998. 160 с.

• 6.    Казадаев А.А., Булышева Н.И., Кременица А.М., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Абрамова Т.И. Некоторые биологические особенности чернозема обыкновенного нижнего дона (целинный участок ООПТ «Персианов-ская степь») // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Серия: Ес-теств. науки. 2004. № S4. С. 91-101.

• 7.    Казеев К.Ш., Фомин С.Е., Колесников С.И., Вальков В.Ф . Биологические особенности локально-гидроморфных

  почв Ростовской области // Почвоведение. 2004. № 3. С. 361-372.

• 8.    Назаренко О.Г. Современные процессы развития локальных гидроморфных комплексов в степных агроландшафтах: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 2002. 46 с.

• 9.    Отчет о мониторинге земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области (переувлажненные почвы Зерноградского, Егорлыкского и Целинского районов). ЮжНИИгипрозем, г. Ростов-на-Дону, 1998 г. 82 с. (рукопись).

• 10.    Тищенко С.А . Изменение черноземов Нижнего Дона при локальном переувлажнении: Дис.... канд. биол. наук. Ростов н/Д, 2004. 166 с.

• 11.    Филоненко В.Н . Взаимосвязь структуры почвенного покрова и растительного покрова при переувлажнении геоморфологически расчлененных ландшафтов восточных отрогов Донецкого кряжа: Дис.... канд. биол. наук. Персиановка, 2000. 162 с.

• 12.    Хитров Н.Б., Назаренко О.Г., Чижикова Н.П., Герасименко Н.М., Клюкин Н.В., Литвинов С.А. Вторичное переувлажнение почв автоморфных степных агроландшафтов в условиях богарных систем земледелия // Совр. проблемы почвоведения. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2000. С. 482-502.

• 13.    Чернов Ю.И . Основные синэкологические характеристики почвенных беспозвоночных и методы их анализа // Методы почвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 160-216.

• 14.    Balogh J . Lebensgerneinschaften der Landtiere, ihre Erfor-schung untcr besonderer Berucksichigung der zoozonologi-schen Arbeitsmethoden. B. Budapest. 1958. 260 p.

THE NUMBER OF MICROARTHROPODA IN CHERNOZEMS OF THE STEPPE AGROLANDSCAPES WITH AREAS OF MODERN WATERLOGGED

• ¹Southern Federal University, Rostov-na-Donu

• ²Institute of Arid Zones, Southern Sci. Center of RAS, Rostov-na-Donu

The analysis of the number of soil microarthropods ( Acarina and Collembola ) in chernozems that are exposed to excessive moisture in the steppe zone without irrigation were carried out.