1. Введение

Почвенный покров России отличается большим разнообразием. Присутствуют в нем и засоленные почвы большая группа почв разных типов, характерной особенностью которых является высокое содержание легкорастворимых солей [1]. Общая площадь засоленных почв в России составляет 53997 тыс. га, из которых на типичные солончаки приходится 664,9 тыс. га, причем в таких областях, как Астраханская, Волгоградская, Новосибирская и Омская, на долю засоленных почв приходится более 40% сельскохозяйственных угодий, а в Республике Калмыкия — 80–100% [2].

Следует отметить, что в последние десятилетия площадь засоленных почв в России увеличивается. Это обусловлено опустыниванием, активно затрагивающим аридные регионы, и вторичным засолением орошаемых земель вследствие использования для полива некондиционной воды и подъема уровня грунтовых вод на орошаемых угодьях [3], [4]. Причем площадь вторично засоленных почв постоянно увеличивается [5].

Легкорастворимые соли оказывают негативное влияние на рост и развитие культурных растений. Даже при слабом засолении почвы потери урожайности достигают 20%, а на сильно засоленных почвах они составляют 70–80% [6].

Неблагоприятное влияние легкорастворимых солей на культурные растения обусловлено комплексом факторов. К их числу относят: увеличение осмотического давления почвенного раствора выше критических значений, токсичное действие отдельных ионов на растения и нарушение условий питания растений [7], [8].

Поэтому эффективное сельскохозяйственное использование засоленных почв возможно только после их мелиорации. Наиболее действенным способом мелиорации почв, содержащих избыточное количество легкорастворимых солей, считается сквозная промывка, способствующая опреснению всей почвенно-грунтовой толщи и удалению солей в грунтовые воды [9].

Однако сквозная промывка весьма дорогостоящее мероприятие, особенно в условиях дефицита пресной воды. Кроме того, положительный эффект от этого мелиоративного приема наблюдается только на фоне эффективно работающего дренажа.

В связи с этим в последнее время исследователи все чаще предлагают использовать для мелиорации засоленных почв биологический метод. Суть которого заключается в возделывании на засоленных почвах галофитной растительности, активно поглощающей легкорастворимые соли и в последующем удаляемой с поля [10], [11], [12].

На территории Прикаспийской низменности, в том числе и в Астраханской области, широко представлены засоленные породы, являющиеся главным источником засоления современных почв. К специфике территории следует отнести и постоянный эоловый перенос солей со стороны моря, играющий большую роль в солевом балансе территории. С учетом засушливости климата все это способствует засолению и деградации почв

[1]

В частности, только в Астраханской области до 70% пахотных угодий уже подвержено деградации и опустыниванию

[13]

Поэтому внедрение природоохранных способов ведения сельского хозяйства является важным фактором его стабилизации. Одним из таких приемов является фитомелиорация, эффективность которой будет в значительной степени зависеть от вида растения. При этом, по-видимому, наиболее эффективными будут местные растения, в большей мере приспособленные к почвенно-климатическим условиям конкретного региона.

Однако, несмотря на имеющийся положительный опыт, эта проблема остается все еще недостаточно разработанной.

Поэтому для обоснованного подбора наиболее эффективных галофитов применительно к конкретному типу засоления почвы необходимо сопряженное изучение засоленных почв и произрастающей на них галофитной растительности. Это имеет важное научное и практическое значение.

Цель исследований — оценить химический состав автоморфного солончака и произрастающей на нем галофитной растительности.

2. Объекты и методы исследования

Объектом исследования служил солончак автоморфный среднесуглинистый, образцы которого были отобраны на участке естественного пастбища вблизи поселка Нижний Баскунчак Ахтубинского района Астраханской области. Почвенные образцы отбирались по генетическим горизонтам в трехкратной повторности.

На солончаковом пятне было заложено три разреза, из которых по генетическим горизонтам отбирались индивидуальные почвенные образцы массой 500 г каждый.

Одновременно были отобраны и образцы надземной части произрастающих на солончаке растений: сарсазан шишковатый (Halocnemum strobilaceum (Pallas) Bieb, солянка чумная (поташник) (Salsola pestifera Nels.) и костер растопыренный (Bromus squarrosus).

Зольность растений и химический состав золы находили согласно имеющимся рекомендациям [14]. При этом содержание ионов хлора определяли аргентометрическим методом, фосфор фотометрическим методом, а остальных химических элементов на атомно-абсорбционном спектрофотометре.

Для характеристики общих свойств солончака в индивидуальных почвенных образцах определяли: общее содержание органических углерода и азота на автоматическом анализаторе vario MICRO cube после предварительного разрушения карбонатов 0,5 н. HCl, рНн2о, состав обменных катионов и емкость обмена по методу Пфеффера в модификации В.А. Молодцова и И.В. Игнатовой, содержание СО2 карбонатов по методу Ф.И. Козловского [15].

В смешанных для каждого генетического горизонта почвенных образцах, которые готовились путем объединения одинаковых по массе (100 г) индивидуальных образцов, определяли валовой состав рентгенофлюоресцентным методом на анализаторе состава вещества РеСПЕКТ и водную вытяжку по общепринятой методике

[15]

3. Результаты исследования

Исследуемый солончак характеризуется очень низким содержанием общего гумуса и азота (табл. 1).

В горизонте А содержание общего гумуса составило 1,35%, а общего азота — 0,019%. Вниз по профилю содержание общего гумуса снижается до 0,55–0,86%, а общего азота до 0,014–0,016%.

Согласно показателям гумусного состояния почв

[16]

Это обусловлено крайне неблагоприятными условиями для гумусообразования в солончаке: скудная растительность и повышенное содержание легкорастворимых солей, подавляющих процесс гумификации. Подавление процесса гумификации не способствует образованию и накоплению гумуса в солончаке. Этим анализируемый солончак похож на солончаки Волгоградской области, для которых характерен гумусовый горизонт мощностью не более 10-20 см с содержанием гумуса на уровне 1–2%

[1]

Солончак имеет среднещелочную реакцию среды. рНн2о варьирует в пределах 8,12–8,35, что обусловлено наличием свободных карбонатов, содержание которых изменяется от 0,65% в горизонте А до 3,95% в горизонте С, и особенностями солевого состава почвы.

Для солончака характерна низкая емкость обмена (табл. 2).

Это в значительной мере связано с очень низким содержанием гумуса в солончаке. В горизонте А емкость обмена равна 12,86 мг-экв/100 г почвы. Ниже по профилю ее значения закономерно снижаются: до 11,85 мг-экв/100 г почвы в горизонте В и до 10,68 мг-экв/100 г почвы в горизонте С.

В составе обменных катионов преобладает кальций, содержание которого варьирует в пределах 6,64–7,31 мг-экв/100 г почвы. Содержание обменного магния составило 2,91–5,35 мг-экв/100 г почвы. Меньше всего в солончаке обменного натрия 0,46–0,87 мг-экв/100 г почвы, или всего 4,3–6,8% от емкости обмена.

Валовой состав солончака характерен для почв данного типа (табл. 3).

Наблюдается относительно равномерное распределение всех оксидов по профилю солончака при кальциево-ферро-алюмо-кремниевом составе минеральной части почвы. Одновременно отмечается тенденция к накоплению в горизонте А F2O3 и P2O5, что вероятно связано с их биологической аккумуляцией.

Для солончака характерно высокое содержание водорастворимых солей с максимумом их в самом верхнем горизонте А (табл. 4).

Величина сухого остатка изменяется от 1,955% в горизонте А до 1,264% в горизонте В и до 1,052 в горизонте С. [1]

В составе водорастворимых солей абсолютно преобладает соль NaCl, содержание которой варьирует от 64 до 71% от суммы всех солей, что является характерной особенностью почв Прикаспийской низменности [1].

При этом отношение хлора к сульфат-иону варьирует от 4,9 до 9,4, а отношение натрия к сумме кальция и магния от 1,8 до 2,4.

Таким образом, автоморфный солончак характеризуется сильной степенью засоления в пределах всего профиля с максимумом водорастворимых солей в верхнем горизонте. Тип засоления хлоридно-натриевый.

Содержание микроэлементов в солончаке представлено в таблице 5.

В горизонте А больше всего содержится марганца, количество которого составило 77,9 мг/кг почвы. Вниз по профилю его содержание снижается: до 50,2 мг/кг почвы в горизонте В и до 42,6 мг/кг почвы в горизонте С.

Вторым по значимости микроэлементом является цинк, содержание которого в горизонте А равно 62,4 мг/кг почвы. В нижележащих горизонтах его количество уменьшается до 57,9–58,7 мг/кг почвы.

Практически одинаково в солончаке содержание свинца и никеля, количество которых изменяется от 6,2–6,3 мг/кг почвы в горизонте А до 5,8–5,9 мг/кг почвы в горизонте С.

Меньше всего в солончаке меди. Ее содержание варьирует от 1,8 мг/кг почвы в горизонте А до 1,6 мг/кг почвы в горизонте С.

Таким образом, в солончаке автоморфном среди микроэлементов заметно преобладают марганец и цинк. Их количество в десятки раз превосходит содержание меди, свинца и никеля.

Однако при этом, если содержание Zn, Cu, Pb и Ni довольно слабо изменяется в пределах почвенного профиля, то для Mn отчетливо выражено накопление в горизонте А, где его количество в 1,8 раза превышает содержание Mn в горизонте С.

Скорее всего, это связано с активным вовлечением Mn в биологический круговорот веществ в условиях солевого стресса и перемещением по проводящим системам живых растений в их надземную часть с последующим возвратом преимущественно в верхнюю часть почвенного профиля с ежегодным опадом

[17]

Растения, выросшие на солончаке, имеют довольно высокую зольность (табл. 6).

Самая высокая зольность (33,38%) присуща солянке чумной. В составе золы абсолютно преобладает натрий, содержание которого составило 597,30 мг на г золы. Вторым по значимости элементом является Cl, содержание которого оказалось равным 106,2 мг на г золы.

В золе солянки чумной содержится значительное количество SO4 и Са 53,27 и 48,46 мг на г золы соответственно.

Содержание К составило 18,35 мг/г золы, а Mg 9,20 мг/г золы. Еще меньше в составе золы солянки чумной, железа и фосфора 3,31 и 0,06 мг/г золы соответственно.

Таким образом, в составе золы солянки чумной заметно преобладают хлориды натрия и, кроме того, содержится значительное количество сульфатов кальция.

Зольность сарсазана шишковатого меньше, чем зольность солянки чумной, и равна 20,18%. В составе золы, как и у солянки чумной, преобладают натрий и хлор, содержание которых составило 341,40 и 66,42 мг/г золы соответственно. Однако их количества в 1,7–1,6 раза меньше содержания этих ионов в золе солянки чумной.

Следующими по значимости элементами в золе сарсазана шишковатого являются Са и SO4. Причем если содержание кальция довольно близко к его количеству в золе солянки чумной и составило 44,62 мг/г золы, то содержание иона SO4 значительно меньше и равно 29,57 мг/г золы.

В то же время в золе сарсазана шишковатого, по сравнению с золой солянки чумной, содержится больше калия и особенно магния 27,20 и 26,24 мг/г золы соответственно.

В золе сарсазана шишковатого содержится очень мало фосфора 0,04 мг/г золы и особенно железа 0,01 мг/г золы.

Таким образом, в составе золы сарсазана шишковатого, как и в золе солянки чумной, заметно преобладают хлориды натрия на фоне довольно значительного количества сульфата кальция.

При этом в составе золы сарсазана шишковатого, по сравнению с составом золы солянки чумной, содержится больше в 1,5 раза калия, в 2,9 раза магния, но меньше 1,7 раза хлора, в 1,8 раза натрия и сульфат-ионов, в 30 раз железа.

Самую низкую зольность 17,62% имеет костер растопыренный. Среди катионов, как и у других растений, абсолютно преобладает натрий, содержание которого составило 153,80 мг/г золы. Следующим по значимости катионом является кальций, содержащийся в количестве 14,73 м/г золы. Содержание калия составило 5,77 мг/г золы, а магния и железа еще меньше 2,57 и 3,78 мг/г золы соответственно.

Ионы Cl и SO4 содержатся в близком одинаковом количестве 29,10 и 20,06 мг/г золы соответственно. Содержание Р2О5 такое же, как и у солянки чумной, и равно 0,06 мг/г золы.

Таким образом, по сравнению с солянкой чумной и сарсазаном шишковатым, костер растопыренный имеет не только более низкую зольность и меньшее содержание в золе основных катионов: К, Са, Mg и особенно Na. Он способен практически с одинаковой интенсивностью поглощать и накапливать в своих органах как ионы Cl, так и ионы SO4.

Содержание микроэлементов в золе галофитов в целом невысокое (табл. 7).

Больше всего в золе галофитов марганца. Самое высокое его содержание 0,61 мг/г золы отмечается в сарсазане шишковатом. Костер растопыренный содержит несколько меньше марганца 0,52 мг/г золы. Самое низкое содержание марганца 0,06 мг/г золы присуще солянке чумной.

На втором месте находится цинк. Больше всего цинка 0,17 мг/г золы имеет костер растопыренный, а самое низкое его количество 0,05 мг/г золы присуще солянке чумной. В сарсазане шишковатом содержание марганца составило 0,12 мг/г золы.

Очень мало в золе галофитов меди, свинца и никеля. Их количество варьирует в пределах 0,02–0,04 мг/г золы.

4. Заключение

Солончак автоморфный Прикаспийской низменности характеризуется высоким содержанием водорастворимых солей с их максимумом в верхнем горизонте, где величина сухого остатка составила 1,955%. Тип засоления хлоридно-натриевый. Солончак имеет маломощный гумусовый горизонт с очень низким содержанием общего гумуса и очень низкой обогащенностью гумуса азотом.

Профиль солончака не дифференцирован по валовому составу и содержит незначительное количество микроэлементов, среди которых преобладают марганец и цинк.

Все исследованные растения, произрастающие на солончаке, имеют высокую зольность. У солянки чумной и сарсазана шишковатого зольность составила 33,38% и 20,18% соответственно. Самую низкую зольность 17,62% имеет костер растопыренный. В составе золы растений преобладают натрий и хлор, содержание которых варьирует в пределах 153,80–597,30 и 29,10–106,2 мг/г золы соответственно. При этом больше всего натрия и хлора содержит солянка чумная, меньше всего – костер растопыренный.

Среди микроэлементов в составе золы растений, как и в почве, преобладают марганец и цинк.

Таким образом, наблюдается отчетливо выраженная взаимосвязь между ионно-солевым комплексом почвы и химическим составом произрастающих на ней растений. Преобладание в составе водорастворимых солей почвы ионов натрия и хлора способствует преимущественному накоплению их в биомассе растений. При этом самой высокой способностью поглощать и накапливать в своей биомассе хлориды натрия характеризуется солянка чумная, самой низкой — костёр растопыренный, что обусловлено биологическими особенностями растений.

Все изученные растения могут служить в качестве фитомелиорантов при хлоридно-натриевом засолении почв. В случае сульфатно-хлоридного засоления перспективным представляется костер растопыренный.

The additional file for this article can be found as follows: