Тазабекова Е.Т¹., Сейтменбетова А.Т.²

Казахский национальный педагогический университет имени Абая¹

Казахский научно – исследовательский институт почвоведения и агрохимии имени У.У.Успанова²

Сукцессия растительности постмелиорированного лёсса Заилийского Алатау

Аннотация

В статье рассматривается формирование фитоценоза в процессе сингенеза на постмелиорированном лёссе предгорий Заилийского Алатау. Были установлены: видовой состав, богатство, насыщенность, обилие фитоценоза постмелиорированного лёсса. Выявлено положительное влияние биологической мелиорации лёсса на процесс сингенеза.

Значительный рост населения планеты, увеличивающиеся потребности в сельскохозяйственном сырье требуют постоянного расширения объема сельскохозяйственного производства. Между тем, во всем мире происходит сокращение площадей сельскохозяйственных угодий в расчете на душу населения. Это сокращение связано не только с изменением численности населения, но и с отчуждением значительной части сельскохозяйственных угодий под населенные пункты, промышленные предприятия, для прокладки дорог, различных коммуникаций, строительных материалов и т.д.

Широкое развитие земледелия на юго - востоке Казахстана способствовало вовлечению под орошение территорий предгорных равнин со сложным рельефом. В результате планировочных работ предшествующих оросительным мероприятиям, а так же развития водной эрозии значительные площади почвы пашни потеряли верхний гумусовый слой и на дневную поверхность обнажилась материнская порода – лёсс и лёссовидные суглинки. Воспроизводство и повышение плодородия антропогенно – нарушенных земель является актуальной проблемой экологии и почвоведения. Наряду с этим в условиях Казахстана, с его многочисленными шахтами, карьерами, широким размахом геолого - разведочных работ, актуальность темы удваивается.

Поисками путей восстановления почвенного покрова и воспроизводства плодородия нарушенных орошаемых земель на юго - востоке Казахстана с 1967 года занимается группа ученых Казахского национального аграрного университета под руководством профессора Т. Тазабекова [1, 2]. Ими разработана технология ускоренного воспроизводства плодородия почвопороды (лёсса), включающая внесение минеральных, органических, биоорганических удобрений, посев и сидерацию многолетних трав.

Данная работа является логическим продолжением выше отмеченных исследований.

Целью наших исследований является выявление экологических закономерностей восстановления биогеоценоза (сингенез) антропогенно – нарушенных почв в условиях первичного почвообразовательного процесса на постмелиорированном лёссе.

Для реализации данной цели нами рассмотрен основной компонент биоценоза – фитоценоз постмелиоирированного лёсса.

Объектом наших исследований является материнская почвообразующая порода предгорных тёмно - каштановых почв Заилийского Алатау – лёсс.

Полевые исследования проводились в Талгарском отделении УОС «Агроуниверситет» Казахского Национального Аграрного Университета в условиях мелкоделяночного полевого опыта, заложенном по методике С. А. Захарова [3], на постмелиорированном лёссе, вывернутым на дневную поверхность (горизонт С). Использованные для опыта бетонированные делянки размером 2 м² весной 1991 года были заполнены лёссом до глубины 60 см. Вариантов опыта – 24, один из которых - с естественным ненарушенным горизонтом А тёмно-каштановой почвы. Повторность опыта – трёхкратная.

В 1991-1995 годы было изучено влияние биомелиорации на состав и свойства почвопороды и урожайность сельскохозяйственных культур. С 1996 года мелиорированный лёсс оставлен в залежь.

Изучение сингенеза на постмелиорированном лёссе нами проводилось в 2002 - 2004 годы на следующих вариантах опыта: контроль (ячмень), фитоконтроль (люцерна), солома (19,8 т/га), солома (59,4 т/га), биогумус (9 т/га), биогумус (27 т/га), А (с 1971 г) естественный горизонт тёмно – каштановой почвы (К₃), навоз (19,7 т/га) и лёсс (с 1971 года).

При исследовании динамики формирования фитоценоза постмелиорированного лёсса в процессе сингенеза были применены общепринятые методики полевых и стационарных геоботанических исследований [4, 5, 6, 7, 8, 9]. Согласно им, на опытных вариантах в период весна – лето, установлены: видовой состав, богатство, насыщенность, обилие растений фитоценоза постмелиорированного лёсса. Полученные экспериментальные материалы по фитоценозу постмелиорированного лёсса оценивались через показатели Уиттекера по альфа - разнообразию [10, 11]. Альфа – разнообразие характеризует видовое богатство (species richness), то есть общее число видов в сообществе и видовую насыщенность (species density) растительного сообщества - среднее число видов на единицу площади [12]. Повторность опыта трёхкратная.

Под растительным сообществом, или фитоценозом (от греч. phyton – растение и komos – общий) понимается совокупность растений на относительно однородном участке земной поверхности, продуцирующая на основе фотосинтеза органическое вещество [13].

Видовой состав фитоценоза постмелиорированного лёсса (2002 – 2004 г.г.) представлен в таблице 1.

По данным этой таблицы, фитоценоз исследуемого объекта (лёсса) характеризуется 31 видом растений, относящихся к 13 семействам: Злаковые (Poaceae Barnhart), Бобовые (Fabaceae Lindl.), Сложноцветные (Asteraceae Dumort), Подорожниковые (Plantaginaceae), Вьюнковые (Convolvulaceae), Молочайные (Euphorbiaсеае J. St. Hill.), Крестоцветные (Brassicaceae Burnett.), Розоцветные (Rosaceae), Зверобойные (Guttiferae Juss.), Губоцветные (Lamiaceae Lindl.), Повиликовые (Cuscutaceae), Зонтичные (Umbelliferae Juss.), Бурачниковые (Boraginaceae Juss.).

Таблица 1 - Видовой состав фитоценоза постмелиорированного лёсса Заилийского Алатау в процессе сингенеза (в среднем за 2002 – 2004 г.г.).

№ п/п	Русское название	Латинское название
Семейство Злаковые – Poaceae Barnhart
1	Пырей ползучий	Agropyron repens (L.) P.B.
2	Костёр ржаной	Bromus secalinus L.
3	Овсюг пустой	Avena fatua L.
4	Ежа сборная	Dactylis glomerata L.
5	Мятлик луковичный	Poa bulbosa L.
Семейство Бобовые – Fabaceae Lindl.
6	Клевер луговой, красный	Trifolium pratense L.
7	Чина клубневая	Lathyrus tuberosus L.
8	Люцерна посевная	Medicago sativa L.
9	Донник лекарственный	Melilotus officinalis (L.) Ders.
Семейство Сложноцветные – Asteraceae Dumort
10	Осот полевой	Sonchus arvensis L.
11	Цикорий обыкновенный	Cichorium intybus L.
12	Полынь обыкновенная	Artemisia vulgaris L.
13	Полынь осенняя	Artemisia serotina Bge.
14	Полынь горькая	Artemisia absinthium L.
15	Дурнишник обыкновенный	Xanthium strumarium L.
16	Ромашка непахучая	Matricaria inodora L.
17	Одуванчик лекарственный	Taraxacum officinale Wigg.
18	Тысячелистник обыкновенный	Achillea millefolium L.
19	Лопух большой	Arctium majus Bernh.
20	Амброзия полыннолистая	Ambrosia artemisiifolia L.
Семейство Подорожниковые – Plantaginaceae
21	Подорожник ланцетовидный	Plantago lanceolata L.
22	Подорожник большой	Plantago major L.
Семейство Вьюнковые – Convolvulaceae
23	Вьюнок полевой	Convolvulus arvensis L.
Семейство Молочайные – Euphorbiaсеае J. St. Hill.
24	Молочай – солнцегляд	Euphorbia helioscopia L.
Семейство Крестоцветные – Brassicaceae Burnett.
25	Пастушья сумка обыкновенная	Capsella bursa-pastoris (L.) Medic.
Семейство Розоцветные – Rosaceae
26	Ежевика сизая	Rubus caesius L.
Семейство Зверобойные – Guttiferae Juss.
27	Зверобой продырявленный	Hypericum perforatum L.
Семейство Губоцветные – Lamiaceae Lindl.
28	Шалфей степной	Salvia stepposa Schost.
Семейство Повиликовые – Cuscutaceae
29	Повилика полевая	Cuscuta campestris Juncker
	Семейство Зонтичные – Umbelliferae Juss.
30	Морковник Бессера	Silaus besseri DC.
	Семейство Бурачниковые - Boraginaceae Juss.
31	Синяк обыкновенный	Echium vulgare L.

Анализ фитоценоза постмелиорированного лёсса свидетельствует о значительном его разнообразии в составе злаково – разнотравной ассоциации. Так, в семействе Злаковые (Poaceae Barnhart) встречаются наиболее характерные для черноземов, тёмно – каштановых почв степной, сухостепной зон следующие виды растений: пырей ползучий (Agropyron repens (L.) P.B.), костер ржаной (Bromus secalinus L.), овсюг пустой (Avena fatua L.), ежа сборная (Dactylis glomerata L.), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.). В семействе Бобовые (Fabaceae Lindl.) мы видим также часто встречаемые виды: клевер луговой, красный (Trifolium pratense L.), чина клубневая (Lathyrus tuberosus L.), люцерна посевная (Medicago sativa L.), донник лекарственный (Melilotus officinalis (L.) Ders.). Семейство Сложноцветных (Asteraceae Dumort) наиболее широко представлено цикорием обыкновенным (Cichorium intybus L.), разными видами полыни (Artemisia serotina Bge., Artemisia absinthium L., Artemisia absinthium L.) и другими (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурный состав фитоценоза постмелиорированного лёсса Заилийского Алатау в процессе сингенеза (%, в среднем за 2002 - 2004 г.г.).

Как видно из графического отображения структурного состава фитоценоза, из всех обнаруженных семейств наибольшее количество видов принадлежит семейству Сложноцветных Asteraceae Dumort. К нему были отнесены 11 видов растений, что составило 38 % от общего их числа. На втором месте находится семейство Злаковых (Poaceae Barnhart), в котором представлено 5 видов (18 %), на третьем – Бобовых (Fabaceae Lindl.), включающее 4 вида (14 %). Остальные семейства Подорожниковые (Plantaginaceae), Вьюнковые (Convolvulaceae), Молочайные (Euphorbiaсеае J. St. Hill.), Крестоцветные (Brassicaceae Burnett.), Розоцветные (Rosaceae), Зверобойные (Guttiferae Juss.), Umbelliferae Juss., Губоцветные (Lamiaceae Lindl.), Зонтичные (Cuscutaceae), Бурачниковые (Boraginaceae Juss.) характеризуются видовой малочисленностью и имеют в своем составе не более одного - двух видов растений (3 – 6 %).

Представленные в таблице 1 и на рисунке 1 экспериментальные данные характеризуют видовой состав фитоценоза постмелиорированного лёсса Заилийского Алатау в процессе сингенеза в целом по стационару.

В современных условиях напряженной экологической обстановки на первое место выходят методы биологической мелиорации нарушенных земель. Наиболее распространенными из них являются: посев многолетних трав, внесение органических (навоз, солома) и перспективных биоорганических (биогумус) удобрений, которые в отличие от минеральных удобрений экологически безопасны и характеризуются более длительным последействием. Это связано с тем, что они в большей мере воздействуют на потенциальное (гумус, поглотительная способность, валовой запас питательных элементов), нежели эффективное плодородие почв. В этой связи, на наш взгляд определенный теоретический интерес представляют экспериментальные данные по сингенезу растительности в условиях естественной трансформации почвопороды в зональную почву.

В условиях нашего опыта по изучению последействия биологической мелиорации лёсса на видовое богатство растительности нами были выявлены некоторые различия в species richness фитоценоза. Этот показатель характеризует общее число видов растений по вариантам опыта (таблица 2).

По данным таблицы 2 общее число видов растений в фитоценозе постмелиорированного лёсса по вариантам опыта меняется незначительно и варьирует в пределах от 16 до 24 видов. Из 31 вида растений, составляющих фитоценоз постмелиорированного лёсса, наименьшее количество видов (16) обнаружено на варианте с биогумусом 9 т/га, что свидетельствует о его наибольшем, по сравнению с другими вариантами, приближении к климаксовому состоянию.

Таблица 2 – Видовое богатство фитоценоза постмелиорированного лёсса Заилийского Алатау в процессе сингенеза (шт., в среднем за 2002 – 2004 г.г.).

Варианты опыта	Общее число видов, шт.
Контроль (ячмень)	23
Фитоконтроль (люцерна)	24
Солома 19,8 т/га	22
Солома 59,4 т/га	20
Биогумус 9 т/га	16
Биогумус 27 т/га	23
А (с 1971 г) естественный горизонт тёмно - каштановой почвы (К3)	21
Навоз 19,7 т/га	20
Лёсс (с 1971 г.)	19

На вариантах, где изучалось последействие биологической мелиорации лёсса, установлена тенденция к увеличению видового разнообразия (в пределах 20 – 24 видов растений).

В целом по вариантам опыта происходит выпадение из фитоценоза 3 – 8 видов растений: Молочай – солнцегляд (Euphorbia helioscopia L.), Пастушья сумка обыкновенная (Capsella bursa-pastoris (L.) Medic.), Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.), Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), Ромашка непахучая (Matricaria inodora L.) и других.

Наряду с этим, свидетельством стабилизации видового богатства на варианте с биогумусом (9 т/га) является сопоставление его с фитоценозом зональной предгорной тёмно – каштановой почвы (таблица 2).

По данным этой таблицы видно, что естественный фитоценоз зональной тёмно – каштановой почвы представлен 18 видами растений, относящихся к 9 семействам. Однако в отличие от фитоценоза постмелиорированного лёсса в естественном фитоценозе преобладают ковыльно – типчаковые ассоциации растений.

Таблица 2 - Видовой состав фитоценоза предгорной тёмно – каштановой почвы Заилийского Алатау (2004 г.)

№ п/п	Русское название	Латинское название
Семейство Злаковые – Poaceae Barnhart
1	Костёр безостый	Bromus inermis L.
2	Ежа сборная	Dactylis glomerata L.
3	Мятлик степной	Poa stepposa (Kryl.) Roshev.
4	Овсяница бороздчатая (типчак)	Festuca sulcata H.
5	Ковыль волосатик	Stipa capillata L.
6	Эгилопс	Aegilops
Семейство Бобовые – Fabaceae Lindl.
7	Лабазник шестилепестный	Filipendula hexapetala Gilib.
Семейство Сложноцветные – Asteraceae Dumort
8	Полынь обыкновенная	Artemisia vulgaris L.
9	Полынь душистая	Artemisia dracunculus L.
10	Тысячелистник обыкновенный	Achillea millefolium L.
11	Василёк	Centaurea
Семейство Розоцветные – Rosaceae
12	Лапчатка	Potentilla
Семейство Зверобойные – Guttiferae Juss.
13	Зверобой продырявленный	Hypericum perforatum L.
Семейство Губоцветные – Lamiaceae Lindl.
14	Шалфей степной	Salvia stepposa Schost.
	Семейство Бурачниковые - Boraginaceae Juss.
15	Ноннеа	Nonnea
Семейство Маковые - Paraveraceae Juss.
16	Рёмерия	Roemeria
Семейство Норичниковые - Scrophulariaceae Juss.
17	Вероника	Veronica
18	Коровяк обыкновенный	Verbascum thapsus L.

По данным этой таблицы видно, что естественный фитоценоз зональной тёмно – каштановой почвы представлен 18 видами растений, относящихся к 9 семействам. Однако в отличие от фитоценоза постмелиорированного лёсса в естественном фитоценозе преобладают ковыльно – типчаковые ассоциации растений (рисунок 2).

Рисунок 2 - Структурный состав фитоценоза предгорной тёмно – каштановой почвы Заилийского Алатау (%), 2004 г.

В соответствии с рисунком 2 в составе фитоценоза предгорной тёмно – каштановой почвы из всех обнаруженных видов наибольшее их количество принадлежит семейству Злаковых (Poaceae Barnhart) – 6 видов или 32 % от общего их числа. На втором месте находится семейство Сложноцветных (Asteraceae Dumort). К нему были отнесены 4 вида растений, что составило 21 %. Третье место занимают виды (2 вида) растений семейства Норичниковых (Scrophulariaceae Juss.). В процентном соотношении их количество составило 11 от общего числа. Остальные семейства Бобовые (Fabaceae Lindl.), Розоцветные (Rosaceae), Зверобойные (Guttiferae Juss.), Губоцветные (Lamiaceae Lindl.), Бурачниковые (Boraginaceae Juss.) и Маковые (Paraveraceae Juss.) имеют в своем составе по одному виду или 6 % соответственно.

Известно, что каждый вид растения занимает свою экологическую нишу, соответствующую его требованиям по отношению к среде [15]. Сравнительный анализ фитоценозов постмелиорированного лёсса и тёмно – каштановой почвы показывает некоторые сходства и различия в видовом составе сообществ и соответственно семейств. Так, в составе последнего отсутствуют следующие семейства растений: Подорожниковые (Plantaginaceae), Вьюнковые (Convolvulaceae), Молочайные (Euphorbiaсеае J. St. Hill.), Крестоцветные (Brassicaceae Burnett.), Зонтичные (Cuscutaceae), присутствует семейство Норичниковые (Scrophulariaceae Juss.). По преобладанию семейств на первом месте доминируют Злаковые (Poaceae Barnhart), затем Сложноцветные (Asteraceae Dumort). Процентное содержание видов, входящих в состав их семейств, по сравнению с фитоценозом постмелиорированного лёсса равно 32 против 17 и 21 против 36, что является характерным для фитоценоза тёмно – каштановой почвы.

Помимо вышеотмеченного, нами установлена сезонная динамика видовой насыщенности (species density) фитоценоза постмелиорированного лёсса в процессе сингенеза (таблица 3).

Таблица 3 – Влияние последействия биомелиорации лёсса Заилийского Алатау на видовую насыщенность фитоценоза (2002 – 2004 г.г.).

Варианты опыта	Численность видов растений постмелиорированного лёсса						Среднее за три года
	2002		2003		2004
	весна	лето	весна	лето	весна	лето
Контроль (ячмень)	8	16	10	17	17	18	86
Фитоконтроль (люцерна)	7	14	10	17	11	13	72
Солома 19,8 т/га	5	13	5	15	9	12	64
Солома 59,4 т/га	10	17	6	16	9	13	71
Биогумус 9 т/га	5	11	7	10	13	12	58
Биогумус 27 т/га	7	13	8	17	12	17	74
А (с 1971 года) естественный горизонт тёмно - каштановой почвы (К3)	8	14	8	10	13	14	67
Навоз 19,7 т/га	5	12	8	17	11	16	69
Лёсс (с 1971 г.)	8	12	11	14	10	13	68

В сезонной динамике развития растений постмелиорированного лёсса. Установлен летний максимум видовой насыщенности фитоценоза. Отмечено увеличение в 1 – 2 раза данного показателя по всем вариантам опыта в летние месяцы по сравнению с весенними сроками.

Следующим характерным признаком фитоценоза постмелиорированного лёсса явился количественный показатель видового обилия. Этот показатель характеризует численность особей на единицу площади (таблице 4).

Таблица 4 – Влияние последействия биологической мелиорации лёсса на видовое обилие фитоценоза (2002 – 2004 г.г.).

Варианты опыта	Общее количество растений, шт/м^2									В сред-нем за три года
	2002		сред-несе-зон-ное	2003		сред-несе-зон-ное	2004		сред-несе-зон-ное
	весна	лето		весна	лето		весна	лето
Контроль (ячмень)	74	148	111	386	389	388	622	545	584	361
Фитоконтроль (люцерна)	58	122	90	248	320	284	572	514	543	306
Солома 19,8 т/га	166	234	200	221	372	297	430	422	426	308
Солома 59,4 т/га	212	353	283	258	477	368	342	509	426	359
Биогумус 9 т/га	164	229	197	206	386	296	558	546	552	348
Биогумус 27 т/га	298	408	353	234	581	408	462	793	628	463
А естественный горизонт тёмно - каштановой почвы (К3)	66	134	100	148	378	263	1026	602	814	392
Навоз 19,7 т/га	89	129	109	204	315	260	350	497	424	264
С (с 1971 г.)	89	157	123	192	241	217	478	285	382	241

По нашим данным (таблица 4), в первые два года исследований (2002 – 2003 г.г.) в летний период наблюдается увеличение численности всех видов растений в 1,5 – 3 раза по сравнению с весенним сроком. В 2004 году в связи с усилением внутри – и межвидовой конкуренции растений отмечается весенний максимум видового обилия растений почти по всем вариантам биологической мелиорации лёсса.

Выводы:

1. Фитоценоз исследуемой тёмно – каштановой почвы, находится в климаксовом состоянии и состоит из тех видов растений, которые характерны для предгорной сухо – степной зоны;

2. Экосистема антропогенно – нарушенного лёсса благодаря приёмам биологической мелиорации приближается к стабильному состоянию по основным своим показателям (видовой состав, богатство, насыщенность, обилие растений);

3. Наиболее оптимальные условия, способствующие приближению фитоценоза постмелиорированного лёсса к климаксовому состоянию складываются на варианте последействия биогумуса в норме 9 т/га.

Литература:

1. Тазабеков Т.Т. Плодородие горных и предгорных почв. А.: Кайнар, 1977, 192 с.

2. Тазабекова Е.Т. Ферментативная активность почв и пути её регулирования. А.: 1997, 184 с.

3. Захаров С.А. Плодородие глубоких горизонтов почв Северного Кавказа и Дона, т. II., в.4, 1946.

4. Сукачев В.Н. Основы лесной типологии и биогеоценологии. Избр. труды., т. I., Л.: Наука, 1972, 418 с.

5. Раменский Л.Г. Учет и описание растительности (на основе проективного метода). М.: ВАСХНИЛ, 100 с.

6. Раменский Л.Г. Проблемы и методы изучения растительного покрова. Л.: Наука, 1971, 334 с.

7. Черепанов С.К. Сосудистые растения СССР. Л.: Наука, 1981, 510 с.

8. Арыстангалиев С.А., Рамазанов Е.Р. Растения Казахстана. А.: Наука, 1977, 288 с.

9. Иллюстративный определитель растений Казахстана. т. I., А.: Наука, 1972, 572 с.

10. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980, 328 с.

11. Whittaker R.H. Evolution and measurement of species diversity // Taxon, 1972. V.21. NO 2-3. P. 213-251.

12. Примак Р. Основы сохранения биоразнообразия. М.: НУМЦ. 2002, 256.

13. Миркин Б.М., Розенберг Г.С. Толковый словарь современной фитоценологии. М.: Наука, 1983, 134 с.

E.T. Tazabekova¹, A.T. Seitmenbetova²

The Kazakh national pedagogical university named after Abai¹

The Kazakh scientific-research institute of soil science and agricultural chemistries

named after U.U. Uspanov²

THE SUKTSESSION OF VEGETATION AND POST AMELIORATED LOESS OF TRANSILI ALATAU

Resume

In this article is looked through the formed of fitotsenoz in the process of syngenesis on the post ameliorated loess of the foot - hill of Transili Alatau. Were set: specific composition, riches, saturation, plenty of the fitotsenoz of the post ameliorated loess. Positive influence of biological land - reclamation of loess is exposed on the process of syngenesis.