Почвы пойменных ландшафтов бассейна р. Селенги (Монголия, Россия): факторы формирования, закономерности пространственной дифференциации, свойства, плодородие, биологическая продуктивность фитоценозов

Главной задачей человечества в настоящем и будущем является сохранение, охрана и рациональное использование природных ресурсов, в том числе почвенноземельных. Очень важное значение приобретает решение этих вопросов на территории бассейна озера Байкал, экосистемы которых формируются и функционируют в крайне жестких экологических условиях, предопределяемых географической средой и активно усиливающимся за последние 40–50 лет антропогенным воздействием. Наибольшую площадь в регионе занимает водосборная территория р. Селенги. Общая площадь ее равна 447 тыс. км2 (82 % общей площади бассейна Байкала): из них 299 тыс. км2 (67 %) приходится на Монголию и 148 тыс. км2 (33 %) — на Россию.

Значительную ценность для аграрного производства многих аймаков Центральной и Северной Монголии, Республики Бурятия и Забайкальского края в Российской Федерации представляют почвы пойменных ландшафтов речных долин бассейна р. Селенги. Именно они являются одними из наиболее относительно плодородных почв, широко используются как достаточно высокопродуктивные естественные сенокосы и пастбища и вовлечены в кормопроизводство и овощеводство. В то же время именно агроландшафты, расположенные в поймах данного обширного региона, при их неправильном сельскохозяйственном использовании являются потенциальным первоисточником загрязнения вод оз. Байкал. Несмотря на это, аллювиальные почвы речных долин самой Селенги и ее притоков недостаточно изучены с современных почвенно-географических и классификационных позиций, агрохимических свойств и биопродуктивности.

Цель представленной работы — выявление специфики почвообразования, закономерностей пространственной дифференциации, свойств, разнообразия, плодородия аллювиальных почв бассейна р. Селенги и биологической продуктивности формирующихся на них естественных пойменных сообществ.

Объекты и методы исследований

Территория бассейна р. Селенги расположена в пределах гористой центральной части Внутренней Азии и характеризуется разнообразным характером рельефа и сложным геологическим строением. Формирование почвенного покрова в регионе происходит преимущественно на хрящевато-щебнистом элювии гранитов грубого песчанистого состава. Широкие речные поймы сложены мощной толщей рыхлых песчано-супесчаных отложений, в той или иной степени окарбоначенных [Экологический... 2015; Ecosystems... 2019]. Низкие террасы в долинах крупных рек подстилаются современным речным аллювием песчано-галечникового и песчано-глинистого состава. Для аллювия же малых рек, особенно в их верхнем течении, свойственно большое содержание галечника и наличие валунов.

Климат территории резко континентальный, с длинной холодной зимой, засушливой и ветреной весной, жарким и относительно дождливым в июле — августе летом и прохладной сухой осенью. Самый холодный месяц — январь, теплый — июль. Наиболее контрастными по разнице зимних и летних температур являются межгорные котловины и развитые долины рек [Экологический... 2015; Ecosystems... 2019].

Существенное разнообразие рельефа и контрасты в тепло- и влагообеспечен-ности различных его форм обусловили преобладающую высотно-поясную закономерность распределения растительности. На исследованной территории выделяются гольцово-подгольцовый, горно-таежный (лесной), лесостепной и степной (преимущественно сухостепной) растительные пояса. Растительность в поймах Селенги и ее притоков формируется под влиянием высотно-зональных и интраз-ональных факторов и характеризуется чрезвычайным разнообразием пойменных луговых сообществ [Миркин и др., 1980; Огарь, 1999].

Результаты изучения основных типов почв бассейна оз. Байкал, в том числе и почвенного покрова Селенгинского водосборного региона (на территории Монголии и России), учеными-почвоведами обеих стран в кратком виде резюмированы и представлены в [Белозерцева и др., 2016; Убугунов и др., 2018 а, б; Убугунов и др., 2019; Убугунов и др., 2021 и др.]. Проведены определенные исследования пойменных почв бассейна р. Селенги [Убугунов, Убугунова, 1991; Убугунова и др., 1998; Черноусенко, 2022 и др.], но требуется дальнейшее их изучение, особенно с современных почвенно-географических, генетических и классификационных позиций.

Селенга образуется слиянием рек Идер и Дэлгэр-Мурен на территории Монголии. Общая длина ее составляет 1 024 км, в том числе в Монголии — 615 км и в России — 409 км. В нее впадают многие крупные притоки первого порядка — Орхон, Эгийн-Гол, Джида, Чикой, Хилок, Темник, Уда и др. Селенга обеспечивает около половины ежегодного притока воды в оз. Байкал. Главным источником питания Селенги и ее притоков являются дождевые осадки. Роль снежного покрова и подземных вод незначительная. Водный режим реки характеризуется слабым и быстротечным весенним половодьем, дождевыми паводками во второй половине лета и низкой позднеосенней и зимней меженью [Экологический... 2015; Ecosystems... 2019].

Почвенный покров в поймах рек бассейна Селенги исследовался в высотнопоясных зонах региона в его монгольской и российской частях. Классификация почв проводилась по [Классификация... 2004]. Свойства почв и содержание в них биофильных питательных элементов определялись общепринятыми в почвенноагрохимической практике методами [Воробьева, 1998; Практикум... 2021]. Учет надземной продуктивности естественных пойменных фитоценозов проводился укосным методом с площадок 50х50 см2 в 10-кратной повторности, а корневой массы — согласно общепринятой методике.

Результаты и обсуждение

Проведенными многолетними почвенно-географическими и экосистемными исследованиями выявлено, что поймы рек бассейна р. Селенги являются сложными природными системами, формирующимися под влиянием комплекса зональных и интразональных факторов. Поэтому почвенный покров в них чрезвычайно разнообразен по возрасту, структуре, строению и свойствам. В целом он представлен различными типами аллювиальных почв, а в степной зоне, особенно в сухостепной части, под галофитными экосистемами определенное ландшафтное развитие получают их засоленные варианты и гидроморфные солончаки [Убугунова и др., 1998; Черноусенко, 2022 и др.].

Современная классификация аллювиальных почв Российской Федерации, как известно, основана на характере верхнего горизонта, степени оглеения, метаморфизма и слитости [Классификация... 2004]. Выявлено, что в поймах рек бессточных аридных территорий и прибрежных озерных понижениях Центрально-Азиатского региона в Монголии, Туве, Хакасии и юго-восточном Забайкалье [Убугунов и др., 2011; Убугунов, Убугунова, 2012; Убугунова и др., 2022 и др.] многие аллювиальные почвы имеют диагностический светлогумусовый горизонт AJ и характеризуются низким содержанием гумуса. Такие же аллювиальные почвы распространены в бассейне оз. Байкал, в том числе в поймах р. Селенги и ее притоков [Убугунов и др., 2018; Убугунов, Убугунова, 1991; Убугунова и др., 1998; Гынинова и др., 2012, Opp, Hilbig, 2008]. Поэтому предлагаем дополнительно в классификацию данных почв включить типы аллювиальных светлогумусовых (AJ-C~~) и светлогумусовых квазиглеевых (AJ-Q-C~~).

Почвенно-географическими исследованиями в бассейне р. Селенги установлено, что высотно-поясное расположение пойм влияет на структуру почвенного покрова и свойства почв. Обычно реки в бассейне Селенги начинаются в зоне криофитных горных степей или у верхней границы лесной зоны и постепенно опускаются до степей и сухих степей. В высокогорном поясе долины рек несформи-рованные, поймы выражены слабо. Почвы, как правило, слоистые, маломощные, легкие по гранулометрическому составу и формируются на крупнопесчано-галеч-никовом аллювии, подстилаемом элюво-делювием коренных пород. Распространение мерзлоты и избыточная увлажненность способствуют широкому развитию аллювиальных перегнойно-глеевых и торфяно-глеевых почв .

Для горно-таежной (лесной) зоны все еще характерен существенный уклон поверхности. Поймы рек обычно слабо расчленены, неширокие, базис эрозии невысокий, а река оказывает мощное дренирующее влияние на пойменные экосистемы. Это определяет распространение здесь комплекса маломощных слоистых почв, развивающихся на грубом песчано-галечном аллювии и занятых осоковокустарниковыми березняками, ивняками и тополевниками. На незначительных по площади участках зрелой поймы формируются полнопрофильные мерзлотные или длительно сезонномерзлотные аллювиальные темноцветные и аллювиальные перегнойно-глеевые почвы. Доля аллювиальных светлогумусовых почв очень мала, а их формирование связано с резким отрывом верхних горизонтов от воздействия грунтовых вод.

Ниже по рельефу реки выходят на относительно выровненные лесостепные и степные территории. Здесь наблюдается замедление течения реки, дробление русла на протоки, усиливается меандрирование, пойма становится хорошо выраженной. Разнообразие и пространственная структура пойменных экосистем и, соответственно, аллювиальных почв значительно усложняются. В почвенном покрове лесостепной зоны большая роль принадлежит уже аллювиальным луговым квазиглеевым почвам и уменьшается — аллювиальные перегнойно-глеевые и аллювиальные торфяно-глеевые, причем доля мерзлотных вариантов этих типов почв снижается по сравнению с лесной зоной. Первый тип почв формируется обычно под различными разнотравно-злаковыми и злаково-богаторазнотравными мезофильными лугами, а второй — под разнотравно-злаково-полевицевыми, пурпурновейниковыми, злаково-осоковыми и другими гигрофильными сообществами. Значительно большие площади начинают занимать аллювиальные светлогумусовые почвы, которые распространены в низкой прирусловой части поймы. Они формируются в условиях проточного грунтового увлажнения и частого затопления паводковыми водами.

В поймах рек степной и сухостепной зон основу почвенного покрова составляют аллювиальные темногумусовые и светлогумусовые квазиглеевые почвы , иногда засоленные. Относительно большая доля засоленных почв формируется в поймах рек Орхон, Тола, Хара, Иволгинка и некоторых других. Поэтому здесь ландшафтное значение приобретают в различной степени галофитные экосистемы: бескиль-ницевые, ячменевые и другие на засоленных темногумусовых почвах, полынно-твердоватоосочковые ирисники и дэрисники на светлогумусовых засоленных почвах и сведовые и бескильницевые дэрисники на гидроморфных солончаках.

Наибольшее распространение в пойменных заболоченных экосистемах Селенги и ее притоков различного порядка имеют аллювиальные перегнойно-глеевые почвы (H-G-CG~~). Формирование их происходит, как правило, в притеррасной части поймы и других пониженных слабодренированных элементах рельефа. Данные типы почв распространены во всех высотно-поясных зонах, но доля их в структуре почвенного покрова пойменных ландшафтов снижается от горнотаежной (лесной) зоны к сухостепной. Они обычно мерзлотные в поймах верхнего течения рек, мерзлотные и длительносезонномерзлотные в лесостепной и длительносезонномерзлотные в степной и сухостепной зонах. Отличительной особенностью аллювиальных перегнойно-глеевых и аллювиальных торфяно-глеевых почв являются хорошо выраженный перегнойно-торфянистый горизонт и значительная оглеенность морфологического профиля. Гранулометрический состав бывает различным — от суглинистых до супесчаных, причем в поймах сухостепной зоны проявляется определенная заиленность профиля из-за усиления поемно-аллювиального фактора. Значения рН в аллювиальных почвах болотного ряда почвообразования горно-таежной зоны обычно варьируют в слабокисло-ней-тральном диапазоне, в более низких высотных позициях — в нейтрально-слабощелочном, а в сухостепной зоне — в слабощелочно-щелочном интервале. Максимальные значения емкости обменных катионов проявляются в органогенных горизонтах, с глубиной они существенно уменьшаются. В более низких элементах рельефа в почвах обнаруживаются карбонаты, а в сухостепной зоне — практически повсеместно. В связи с тем, что в данных почвах идет замедленная гумификация и минерализация корневых и других поступающих растительных остатков, содержание углерода и общего азота в них высокое. Проведенные анализы водной вытяжки свидетельствовали, что количество легкорастворимых солей по всему профилю обычно незначительное, особенно в лесной и лесостепной зонах, а в их составе чаще всего преобладают Ca2+ и HCO3-, иногда достаточно высокой бывает доля Mg2+, SO42- и Cl-. В степной и сухостепной зонах исследованные почвы содержат большее количество плотного остатка, но степень их засоления остается несущественной и уменьшается с глубиной.

Почвы пойменных болотных экосистем в бассейне р. Селенги имеют хорошие водно-физические и физико-химические свойства и практически незасолены.

Однако их развитие происходит в условиях экстремально-избыточного увлажнения, жесткого термического режима и слабой деятельности почвенных микроорганизмов. Данные почвы характеризуются высоким содержанием азота, фосфора, калия и серы, что свидетельствует об их высоком потенциальном плодородии. Однако доля легкодоступных для растений соединений этих элементов незначительна, особенно на низком уровне находится содержание нитратного азота и обменного калия, причем в течение всего вегетационного периода.

Аллювиальные почвы, формирующиеся под сообществами пойменных настоящих лугов, развиваются в условиях относительно оптимального атмосферногрунтового увлажнения и при редком затоплении паводковыми водами. Они обычно занимают центральные части пойменных ландшафтов и в основном представлены аллювиальными темногумусовыми квазиглеевыми почвами (AU-Q-CQ~~). Данные почвы являются длительносезонномерзлотными, а многолетняя мерзлота в них присутствует в высокогорных условиях лесной зоны. Гранулометрический состав чаще всего супесчано-легкосуглинистый, иногда легко- и среднесуглинистый. Кислотность почв варьирует в пределах слабокисло-слабощелочного диапазона значений рН, но с аридизацией климата наблюдается подщелачивание почвенной среды и накопление карбонатов. В морфологически более сформированных суглинистых вариантах аллювиальных темногумусовых почв емкость катионного обмена имеет более оптимальные значения, а также наблюдается достаточно высокое содержание гумуса и азота. В более же молодых слоистых и маломощных разностях значения ЕКО и степень накопления гумуса и азота заметно ниже. Сумма легкорастворимых солей в данных почвах несущественная, но имеет тенденцию к слабому возрастанию в аридных зонах. В составе водной вытяжки чаще всего преобладают катионы Са и анионы HCO3 и Cl.

Аллювиальные темногумусовые почвы обладают благоприятными для плодородия водно-физическими и физико-химическими свойствами и высоким уровнем содержания N, P, K и S. Но количество легкодоступных для растений форм макроэлементов несущественное. Особенно мало в этих почвах нитратного азота, что объясняется его интенсивным поглощением «азотолюбивой» разнотравнозлаковой растительностью.

Аллювиальные почвы, формирующиеся в пойменных остепненных экосистемах бассейна р. Селенги, развиваются на повышенных участках поймы, особенно в высокой части при русловой поймы на слоистых песчано-супесчаных аллювиальных наносах. Также данные почвы формируются на более низких элементах пойменного ландшафта при близком залегании к поверхности грубых крупнопесчаных и песчано-галечниковых отложений и отрыве верхних слоев почвы от подпитки грунтовой водой. Они представлены аллювиальными светлогумусовыми почвами и характеризуются неразвитым укороченным морфологическим профилем с маломощным гумусовым горизонтом, легким гранулометрическим составом, незначительной емкостью поглощения, низким уровнем накопления гумуса и азота. Содержание легкорастворимых солей в почвах очень мало — обычно не более 0,12 % в гумусовом слое, с глубиной значительно уменьшается.

Аллювиальные светлогумусовые почвы имеют неблагоприятные водно-физические и физико-химические свойства и функционируют в условиях жесткого гидрологического режима и интенсивной минерализации органических остатков. Содержание валовой формы фосфора, калия и серы в них достаточно высокое, но азота значительно ниже, чем в других аллювиальных почвах. Существенной особенностью этих почв является их низкая обеспеченность нитратным азотом, подвижными формами фосфора и серы и обменным калием в течение всего вегетационного периода.

Гидроморфные солончакигалофитных лугов обычно распространены в притер-рассной или приматериковой пойме в зоне аккумуляции долинного стока, а также встречаются в других ее частях в виде небольших округлых пятен диаметром от 1,5 до 5–7 м среди аллювиальных темногумусовых почв. Происхождение гидроморфных солончаков связано с близким залеганием минерализованных грунтовых вод и выпотным (иногда периодически промывным) типом водного режима. Представлены они различными типами и подтипами солончаков.

Засоленные почвы четко выделяются среди других аллювиальных почв по характеру поверхности: она корково-пухловатая или даже мокроватая в сухое время года. Профиль почв характеризуется выделениями солей и оглеенностью. Гранулометрический состав гумусового горизонта чаще всего тяжелосуглинистый с высоким содержанием илистой фракции, а нижние слои преимущественно супесчаные. Реакция почвенной среды в солончаках варьирует в пределах сильнощелочного диапазона (в верхних слоях pHводн. — 8,5–9,4). Для них характерно наличие свободных карбонатов, невысокое содержание гумуса и азота и высокая степень засоления в верхней части профиля. Среди легкорастворимых солей преобладают анионы HCO3 и SO4 и катионы Na, т. е. тип засоления преимущественно содово-сульфатный или сульфатно-содовый. Для гидроморфных солончаков свойственны неблагоприятные физико-химические и агрохимические свойства, избыточная засоленность и крайне незначительное естественное плодородие.

Наиважнейшим показателем почвенно-экологических условий функционирования конкретных экосистем является биологическая продуктивность естественных растительных сообществ. В связи с этим было проведено изучение закономерностей распределения надземной и подземной фитомасс в шести луговых сообществах. Данные фитоценозы представляют собой основное разнообразие растительности экосистем в пойме нижнего течения р. Орхон и среднего течения р. Селенги: болотистые луга — осоково-пурпурновейниковое и разнотравно-злаково-осоковое сообщества; настоящие луга — разнотравно-злаково-монгольскополевицевое и злаково-богаторазнотравное; остепненные луга — разнотравно-вострецовое и раз-нотравно-мелкоосочково-змеевковое (табл.).

Полученные данные свидетельствуют о том, что биологическая продуктивность исследованных фитоценозов отражает специфику и особенности почвенноэкологических условий их произрастания. Наиболее высокая общая биологическая продуктивность (>6000 г/м2) характерна для сообществ болотистых лугов — осоково-пурпурновейникового и разнотравно-злаково-осокового, средняя (3000– 6000 г/м2) — для обоих сообществ настоящих лугов и разнотравно-вострецового остепненных лугов и низкая (<3000 г/м2) — для разнотравно-мелкоосочково-зме-евкового сообщества остепненных лугов (табл.). По уровню надземной фитомассы все пойменные фитоценозы значительно превосходят зональные горностепные.

Исключение составляет только разнотравно-мелкоосочково-змеевковое сообщество, которое из-за особо жестких условий своего функционирования уступает им. Запасы подземной части в общей биологической продуктивности значительны и составляют 82–94 % всей биомассы. Подобная структура распределения, когда доля корневой части значительно превосходит надземную, свидетельствует о достаточно экстремальных почвенно-экологических условиях функционирования пойменных экосистем в поймах Селенгинского бассейна. Особенно заметно это проявляется в фитоценозах болотистых (избыточная увлажненность, мерзлотно-температурный и другие почвенно-экологические факторы) и остепненных (неблагоприятные агрохимические свойства, жесткий гидрологический режим) лугов. Относительно меньшие значения соотношения надземной и подземной фитомасс наблюдаются в травостоях настоящих лугов (табл.), что свидетельствуют о более благоприятных почвенно-экологических условиях их функционирования.

Таблица

Запасы фитомассы пойменных луговых сообществ

(в числителе — г/м2 абсолютно сухого вещества, в знаменателе — %)

Растительное сообщество	Суммарный запас фитомассы	В том числе			Надземная фитомасса: подземная фитомасса
		о EI К	§ О о о СО «О 1=1 । О о с	о н CQ
Пойменные болотистые луга
Осоково-пурпурновейниковое	7 897	560 7	6 665 84	672 9	1:11,9
Разнотравно-злаково-осоковое	9 855	439 4	9 066 92	350 4	1:20,6
Пойменные настоящие луга
Разнотравно-злаково-монгольскополевицевое	3 314	470 14	2 715 82	129 4	1:5,8
Злаково-богаторазнотравное	4 028	417 10	3 588 89	23 1	1:8,6
Пойменные остепненные луга
Злаково-вострецовое	4 558	362 8	3 847 84	349 8	1:10,6
Разнотравно-мелкоосочково-змеевковое	2 908	113 4	2 733 94	62 2	1:24,0
Зональные горностепные сообщества*
Разнотравно-мятликовое	3 584,7	190,7 5	3 394,0 95	не опр.	1:17,8
Мятликово-разнотравное	2 749,4	149,4 5	2 600,0 95	не опр.	1:17,4

^* Зональные горностепные фитоценозы, произрастающие на темно-каштановых почвах [Мирошниченко, 1967].

Заключение

Пойменные экосистемы р. Селенги и ее притоков являются сложными природными системами, формирующимися под влиянием комплекса зональных и интра-зональных факторов. В структуре почвенного покрова доминируют почвы син-литогенного ствола аллювиального отдела, реже встречаются почвы ствола первичного почвообразования отдела слаборазвитых почв. В степной и сухостепной зонах ландшафтное значение начинают приобретать засоленные варианты аллювиальных почв и почвы постлитогенного ствола галоморфного отдела.

Развитие аллювиальных почв пойменных болотных экосистем в бассейне р. Селенги происходит в условиях избыточного паводково-грунтового увлажнения, мерзлотного и длительносезонномерзлотного фактора и незначительной активности почвенной микробиоты. Аллювиальные темногумусовые почвы, занимающие наиболее благоприятные в поймах ландшафтные позиции, обладают близкими к оптимальным свойствами и режимами. Формирование и функционирование аллювиальных светлогумусовых почв происходят в условиях жесткого дефицита атмосферно-грунтового увлажнения, достаточной теплообеспеченности и интенсивной минерализации органического вещества. Они характеризуются несформи-рованным морфологическим профилем, легким супесчано-песчаным гранулометрическим составом и маломощным гумусовым горизонтом, что обусловливает неблагоприятные водно-физические и физико-химические свойства.

Аллювиальные почвы, формирующиеся под болотистыми и настоящими лугами, характеризуются высоким потенциальным плодородием. Однако доля доступных для растений форм элементов минерального питания незначительна. Особенно низка обеспеченность данных почв нитратным азотом и обменным калием. Аллювиальным светлогумусовым почвам свойствен более низкий уровень плодородия из-за малого содержания общего азота и крайне незначительного содержания подвижных форм основных питательных веществ в течение всего вегетационного периода.

Биологическая продуктивность естественных пойменных фитоценозов зависит от ландшафтно-экологических и почвенно-агрохимических условий их формирования и функционирования. Наиболее высокая общая биомасса и величина надземной части характерна для сообществ болотистых лугов, несколько ниже — для сообществ настоящих лугов и разнотравно-вострецовых остепненных лугов и низкая — для разнотравно-мелкоосочково-змеевкового сообщества остепненных лугов (табл.). По уровню надземной фитомассы все исследованные фитоценозы, кроме разнотравно-мелкоосочково-змеевкового сообщества, значительно превосходят зональные горностепные. Закономерным для пойменных сообществ является заметно превалирующий уровень запасов подземной части в общей биологической продуктивности — на их долю приходится 82–94 % всей биомассы. Это свидетельствует об экстремальных условиях функционирования растительного покрова в поймах р. Селенги и ее притоков.