Для мониторинга экологического состояния нарушенных в результате антропогенного воздействия почв эталонами сравнения могут стать почвы заповедников. Однако почвы заповедников исследованы далеко не в полной мере и нуждаются в интенсивном изучении. Почвы российского Причерноморья исследованы до сих пор в недостаточной мере. Это связано с низким сельскохозяйственным освоением горно-лесных территорий Кавказа. Институты Гипрозем, которые в основном осуществляли почвенные исследования, не проводили исследования и картирование почв лесного фонда.
Цель исследований - определить эколого-биологические особенности почвенного покрова ГПЗ «Утриш», созданного в 2010 г. в Краснодарском крае на территории более 10000 гектар.
Климат исследуемой территории характеризуется положительными среднегодовыми температурами в течение большей части года. Годовое количество осадков довольно значительное — около 600-700 мм с коэффициентом увлажнения 0,50-0,85 Рельеф заповедника низкогорный, состоящий из невысоких хребтов с разной крутизной склонов с хребтами высотой чуть более 500 м над уровнем моря, рассеченный так называемыми щелями - узкими межхребтовыми понижениями. Почвообразующими породами являются преимущественно элювиальные и делювиальные каменистые отложения, вследствие чего почвы имеют обычно небольшую мощность. Главное их отличие в степени выветренности и карбонатности. Растительность заповедника может быть отнесена к средиземноморскому типу. Северные макросклоны хребта Навагир хребта заняты широколиственными лесами с грабом, дубом, липой, ясенем и кленами. На южном макросклоне Навагирского хребта выделяются ксерофильный можжевелово-пушистодубовый пояс (фисташка, можжевельники, дуб пушистый, грабинника) и мезофильных пояс широколиственных лесов с дубом скальным, грабом кавказским, липой, кленом и ясенем.
Методы исследований
В соответствии с инструкциями по проведению крупномасштабного картирования почв были проведены полевые исследования почвенного покрова заповедника «Утриш» (Гаврилюк, 1990; Казеев и др., 2003). На разных элементах рельефа с учетом крутизны, экспозиции склона, характера растительности и почвообразующих пород были заложены разрезы и прикопки, отобраны почвенные образцы. Всего было заложено более 200 почвенных разрезов и прикопок. На исследуемых участках были исследованы: температура (электронным термометром HANNA Chectemp), влажность (влагомером Dataprobe), плотность почв (бурами Качинского). На приборе Спектроскан были проведены исследования валового состава почвы и определена степень загрязнения почв тяжелыми металлами. Биологические и экологические параметры исследованы по методам, широко применяемым в биологии и почвоведении (Казеев, Колесников, 2012).
Результаты исследований
Проведенные в 2012-2014 годах исследования показали (всего более 200 разрезов), что значительную часть заповедника «Утриш» занимают разные подтипы коричневых почв. Меньшую часть площадизаповедника занимают дерново-карбонатные (рендзины), луговато-коричневые, луговые почвы и антропогенно-преобразованные нарушенные почвы. Коричневые почвы являются одним из типов почв с вопросами в разработанной систематике. Еще И.И. Карманов (1972) на основе анализа сотен разрезов в Дагестане ставил вопрос о серьезном различии нормально развитых и слабодифференцированных коричневых почв крутых склонов, где нет выраженного оглиненного горизонта в средней части профиля. Такое же явление отмечал и Г.А. Алиев (1962) для коричневых почв Азербайджана. Анализ факторов почвообразования в зоне распространения коричневых почв, проведенный Н.Я. Марголиной и Б.А. Ильичевым (1992), свидетельствует о значительном превышении пределов различий, необходимых для формирования одного почвенного типа. Это указывает на неопределенность генетической трактовки типа коричневых почв.
Выявлены определенные закономерности заполнения высот местности заповедника теми или иными почвами. На выровненных частях верхней трети склонов расположены, как правило, несмытые слабокаменистые поч¬вы. Покатые склоны, как правило, заняты смытыми сильнокаменистыми разностями почв. Депрессии рельефа заполнены гидроморфными и полу - гидроморфными почвами. Однако влияние рельефа на территории заповедника далеко не всегда четко выражено. Отмечены случаи распространения неполноразвитых маломощных и смытых почв на плоских вершинах и, на¬оборот, мощных высокогумусных разностей на крутых склонах. Не все исследованные разновидности почв заповедника молено было выделить на среднемасштабной почвенной карте ввиду ее мелкого масштаба, а также в связи со сложностью почвенного покрова, вызванного различным проявлением эрозионных процессов и наличием на поверхности профиля мелкого элювия (щебня) и крупных обломков (камней) плотных пород разной степени выветренности и карбонатности. Сплошная вырубка леса, произведенная несколько десятилетий назад, привела к значительному разрушению почв, как в результате непосредственной вырубки и тралевки деревьев, так и последующей сильной эрозии. Все это осложняло почвенную съемку. Порой на склонах одного хребта на одной и той же абсолютной высоте в нескольких метрах друг от друга были выделены совершенно разные по мощности, щебенчатости, содержанию карбонатов и другим свойствам почвы.
Влажность почв варьировала в широких пределах также вследствие разного времени исследования, положения почв в пространстве (экспозиция и крутизна склонов), количества и размера почвенного скелета (обломков пород разного размера), гранулометрического состава, характера растительности и других параметров. При повышении скелетности почвы было отмечено понижение ее влажности вследствие провальной фильтрации атмосферной влаги, а также общей низкой влагоемкости скелетных почв. В связи с вышесказанным на территории заповедника в почвах практически не были отмечены признаки переувлажнения и сопутствующих с ними процессов. Исключение составляют полугидроморфные луговато - коричневые почвы линейно вытянутых межгорных депрессий и гидро- морфные луговые оглеенные почвы вокруг водоема в замкнутом понижении урочища Сухой лиман.
В профиле остальных почв практически нет новообразований окислов железа и марганца и других признаков оглеения. В то же время такие признаки обычны в горно-лесной зоне Западного Кавказа (Вальков и др., 2007,2008) и Черноморского побережья в окрестностях Сочи (Казеев и др., 2002). О.В. Черновой (2006) восточнее заповедника в окрестностях Новороссийска были проведены исследования и описаны почвы, классифицированные ее как бурые лесные. Морфологическое описание и свойства почв, приведенные в работе О.В. Черновой очень сходны с описываемыми в данном работе почвами заповедника «Утриш», а также с почвами окрестностей спортивно-оздоровительного лагеря ЮФУ «Лиманчик» и Абрау- Дюрсо (Кутровский и др., 2006; Вальков и др., 2007; Казеев и др., 2012, 2013). Настоящие исследования, а предыдущие работы авторов, а также литературные (Жуков, 1975; Терпелец, Власенко, 2012) и фондовые источники (Почвенная карта Анапского района... 1995; Почвенная карта города Новороссийск..., 1998) позволяют утверждать, что бурые лесные почвы в исследуемом районе встречаются дальше от моря и выше в горы в условиях более влажного климата. Только один из более 200 разрезов, заложенный в восточной части Абраусского лесничества по морфологическим свойствам был сходен с бурыми лесными почвами.
Обобщая литературный и полученный авторами материал, можно сделать некоторые обобщения свойств коричневых почв:
•Верхний гумусово-аккумулятивный горизонт А под лесом, как правило, имеет высокое содержание гумуса - 8-10% иногда выше - до 12% и более. Гумусовый профиль достаточно короткий - 20-40см простирается вплоть до элювия плотных пород. Однако нижележащие горизонты малогумусны - 2-4%. Запасы гумуса в почвах заповедника снижены также вследствие высокой щебенчатости и каменистости почв. Количество об¬ломков породы достигает даже вповерхностных горизонтов высоких значений 5-30% от общего объема почвы, ниже их количество еще выше - до 50% и более.
•В профиле коричневых почв часто присутствуют карбонаты кальция, содержание которых в профиле выделить разные подтипы. Полноразвитые коричневые почвы, описанные в литературе, характеризуются присутствием горизонта карбонатных новообразований. Однако в некоторые источники свидетельствуют о возможности отсутствия карбонатов в про¬филе коричневых почв (Цех, Хинтермайер-Эрхард, 2007). Особенно это характерно для субгумидных горных территорий с широким распространением неполноразвитых почв с коротким сильнокаменистым профилем на элювии плотных некарбонатных пород. Вскипание от НС1 наблюдается на разной глубине, от поверхности (карбонатные почвы) до начала материнской породы (выщелоченные почвы). В профиле коричневых почв заповедника не обнаружены новообразования карбонатов в виде бело¬глазки. Карбонатность профиля обусловливает реакцию среды несколько выше нейтральной. Выщелоченные и типичные подтипы коричневых почв имеет реакцию среды несколько ниже, чем в карбонатных почвах.
Следует отметить, что в некоторых случаях наличие карбонатов с по-верхности почвы обусловлено либо с приближением высококарбонатных нижних слоев в результате эрозии, либо привносом карбонатного материала потоками воды сверху при сильных осадках, либо аэральным привносом с эродированных участков дорог, нарушенными техникой. В этом случае на поверхность выходят породы богатые карбонатами кальция, которые разрушаясь транспортом, обильной светлой пылью покрывают окрестности на десятки метров. О возможности таких явлений свидетельствуют И.И. Карманов (1971) и собственные наблюдения на Западном Кавказе.
В дерн о во-карбонатных выщелоченных почвах содержание гумуса высоко как в дерновом горизонте А (9-11%), так и в переходном гумусовом горизонте АВ (около 6%). Нейтральная реакция среды, слабощелочная в присутствии СаСОз. В нижних горизонтах количеств СаСОз очень высоко - до 25% и более.
Биологические свойства почв заповедника отличались высокими значениями. При этом активность разных ферментов была различная в разных почвах. Активность каталазы максимальна в типичной коричневой почве (14,6 мл 02/г/мин)? минимальные значения были отмечены в луговой глеевой почве (1,6 мл 02), что связано с переувлажнением и оглеением этой почвы. В этой почве отмечена и минимальная активность дегидрогеназы (21,2 мг ТФФ), в то время как максимальные значения были в луговато-коричневой карбонатной почве (92,0 мг) и рендзине выщелоченной (90,3 мг). Карбонатные и типичные подтипы коричневых почв по активности этого фер¬мента ближе к максимальным значениям (60,9-65,2 мг) по сравне¬нию с выщелоченными вариантами коричневых почв (26,2-27,9 мг). Активность инвертазы была максимальна в рендзине (53,1 мг глюкозы/1г/24ч) и минимальна в луговато-коричневой почве (15,4 мг) и типичной коричневой почве (18,3 мг).
В результате проведенных на мониторинговых площадках заповедника Водопадной щели и Первой лагуны исследований выявлена значительная деградация почв и ее биологической активности в результате высокой рекреационной нагрузки (Быхалова и др., 2013; Казеев и др., 2013). В настоящее время рекреационная нагрузка на территории ГПЗ «Утриш» прекращена, ведутся наблюдения за восстановлением почвенно-растительного покрова поврежденных участков.
Исследование выполнено в рамках государственного контракта от 04 августа 2014г. (тема ЛЬ 213.01-14 2014-17) и при поддержке ведущей научной школы Российской Федерации.
Казеев К.Ш., Колесников С.И., Быхалова О.Н., Черникова М.П., Янкина К. О.
Литература
1.Алиев Г.А. Коричневые лесные почвы восточной части Большого Кавказа// Почвоведение. 1962. №5. С 91-101.2.Быхалова О.Н., Казеев К.ИГ., Колесников С.И. Влияние рекреационной нагрузки на эколого-биологические параметры почв заповедника «Утриш» / Глава в монографии «Биоразнообразие государственного при¬родного заповедника «Утриш»» Т. 1.2012. Анапа. 2013. С. 148-153.
3.Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Юга России. Ростов- на-Дону: Изд-во «Эверест», 2008. 276 с.
4.Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Кутровский М.А.. Почвообразование на известняках и мергелях. Ростов н/Д : ЗАО «Ростиздат», 2007. 198 с.
5.Гаврилюк Ф.Я. Полевые исследования и картирование почв. Ростов-на- Дону. Изд-во РГУ, 1990. 224 с.
6.Жуков А.И. О выделении коричневых почв в Краснодарском крае // Поч-воведение, 1975, №5. С. 20-27.
7.Казеев К.Ш., Козин В.К., Колесников С.П., Вальков В.Ф. Биологические особенности почв влажных субтропиков России // Почвоведение. 2002. № 12. С. 1474-1478.
8.Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета. 2012. 380 с.
9.Казеев К.Ш., Колесников С.И., Быхалова О.П. Коричневые почвы заповедника «Утриш» / Глава в монографии «Биоразнообразие государственного природного заповедника «Утриш»» Т. 1.2012. Анапа. 2013. С. 154-163.
10.КазеевК.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 2003. 204 с.
11.КазеевК.Ш., Кутровский М.А., Даденко Е.В., Везденеева Л.С., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Влияние карбонатности пород на биологические свойства горных почв Северо-Западного Кавказа // Почвоведение. 2012. №3. С. 327-335.
12.КазеевК.Ш., Черникова М.П., Колесников С.И., Янкина К.О. Почвенный покров государственного заповедника «Утриш» // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6; URL: //www.science- education. ru/113-11185.
13.КазеевК.Ш., Колесников С.П., Быхалова О.Н. Влияние рекреационной нагрузки на почвенный покров заповедника «Утриш» // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). 2013. №
14.КармановИ.И. Коричневые почвы предгорий Дагестана // Почвоведение. 1971. №1 С. 11-24.
15.КутровскийМ. А., Казеев К.Ш., Колесников С.П., Вальков В.Ф. Экологические особенности рендзин черноморского побережья Кавказа // Извес¬тия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2008. № 6. С. 97-101.
16.МарголинаН.Я., Ильичев Б.А. Коричневые почвы на карте мира: опыт картографического факторного анализа // Почвоведение. 1992. № 2. С. 74-81.
17.Почвеннаякарта Анапского района Краснодарского края 1:50000. Рос- комзем, Кубаньгипрозем. 1995.
18.Почвеннаякарта земель города Новороссийск Краснодарского края. Роскомзем, Кубаньгирозем, 1998.
19.ТерттелецВ.И., Власенко В.П. Почвы раритеты Краснодарского края / Материалы докладов VI съезда общества почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск, 2012. С. 331-333.
20.ЦехВ., Хинтермайер-Эрхард Г. Почвы мира. Атлас: учеб. Пособие для студ. Вузов. М.: Академия, 2007, 120 с.
21.Чернова О.В. Особенности почв низкогорий Северного Кавказа, сформи-рованных на высококарбонатных почвообразующих породах (на примере Абраусского заказника) // Доклады по экологическому почвоведению. 2006. Т. 2. №2. С. 177-191.