Почвоведение, 2021, № 12, стр. 1437-1448

Отклик почв на изменение климата в степной зоне европейской части России за последние десятилетия

М. В. Ельцов a*, А. Ю. Овчинников a, Г. В. Митенко a, А. О. Алексеев a

a Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН – обособленное подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН
142290 Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2, корп. 2, Россия

* E-mail: m.v.eltsov@gmail.com

Поступила в редакцию 23.04.2021
После доработки 25.06.2021
Принята к публикации 30.06.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведены исследования свойств почв степной зоны, приуроченных к естественным пастбищам Волго-Донского междуречья и Северного Прикаспия. Объектами исследований послужили светло-каштановые почвы, каштановые почвы и солонцы (Calcic Cambic Kastanozems, Salic Gypsic Solonetz), расположенные на участках, прилегающих к археологическим памятникам (курганным могильникам). Показано, что повторные обследования изученных 20–40 лет назад почв не зафиксировали заметных изменений их свойств. Распределение по профилю почв карбонатов, содержания Сорг и обменного Na+ в солонцовых горизонтах практически не изменилось. На уровне общей тенденции отмечено незначительное (не более 0.5% величины плотного остатка водной вытяжки) увеличение засоленности верхней метровой почвенной толщи. На территории Северных Ергеней возросшая за последние 20 лет пастбищная нагрузка вызвала увеличение площади эрозионных микропонижений, занятых корковыми солонцами. Выполнено моделирование пространственного распределения значений индекса аридности с построением изолиний, проанализировано смещение границ степной зоны на территории Нижнего Поволжья в зависимости от динамики климата за последние 60 лет. Тенденция усиления засушливости в начале XXI в. после этапа повышенного увлажнения второй половины XX в. выявлена практически для всей территории юга Восточно-Европейской равнины.

Ключевые слова: степь, изменения климата, каштановые почвы, солонцы, Calcic Cambic Kastanozems, Salic Gypsic Solonetz

ВВЕДЕНИЕ

Изучение изменений свойств почв в зависимости от динамики климатических условий является одной из основных задач современного почвоведения. Понимание и прогнозирование изменений почвенных свойств, и направления педогенеза в целом, имеют решающее значение во многих вопросах развития человеческого общества (антропогенное изменение климата, качество окружающей среды, продовольственная безопасность и др.). Исследования динамики почв во времени проводят, используя метод почвенных хронорядов. Теоретическое обоснование данного метода отражено в литературе [7, 8, 11, 12, 27]. Суть подхода заключается в сравнении сходных (по литологии, рельефу и др.) объектов, имеющих разный возраст. С применением этого метода изучают природные хроноряды геоморфологических поверхностей, имеющих разный возраст (террасы речных долин, морские равнины, ледниковые отложения и др.). Широкое применение метод хронорядов получил в комплексных исследованиях памятников истории и археологии (курганов, фортификационных сооружений, археологических поселений и др.), так как объектами исследования в данном случае выступают погребенные почвы и почвы, сформировавшиеся (либо являющихся частью) на рукотворных (искусственных) поверхностях: насыпях, стенах сооружений, пахотных полях и др. Существенное развитие получили работы по изучению изменений свойств почв залежей и сельхозугодий [3, 4, 16, 25, 27]. На современном этапе развития почвоведения появляется возможность проводить оценку изменений состояния почв на основе сравнения данных, полученных в прошлые десятилетия. Это позволяет ретроспективно оценить изменения почвенных свойств на рубеже XX–XXI вв. Подобные методы исследований применяли в черноземной зоне Русской равнины [2, 19, 20], при изучении почвенного покрова солонцовых комплексов Джанибекского стационара [21]. Наиболее заметно преобразование свойств почв автоморфных ландшафтов выражается в изменении наиболее лабильных почвенных признаков (возрастом от нескольких до нескольких десятков лет), таких как содержание органического вещества, глубина залегания дисперсных карбонатов, легкорастворимых солей (ЛРС) и гипса, степень выраженности солонцеватости [15, 17, 23]. К настоящему времени сотрудниками ИФХиБПП РАН накоплен большой объем фактического материала, полученный в результате проведения почвенно-археологических исследований начиная с 80-х годов прошлого века (работы В.А. Демкина, И.В. Иванова, С.В. Губина, А.О. Алексеева, А.В. Борисова и др.). Обязательной составляющей при выполнении почвенно-археологических исследований является изучение фоновых современных почв, прилегающих к археологическим памятникам. Изученные в конце XX в. археологические памятники (в большинстве случаев курганы, объединенные в курганные могильники) имеют известную топографическую привязку, относятся к объектам культурного наследия России, что в последние годы исключает распашку охраняемых территорий, и позволяет проводить повторные исследования в XXI в., оценивая изменения их свойств во времени.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

В 2019 г. проведены повторные исследования почв курганных могильников, изученных в конце XX в., и расположенных в пределах зоны распространения каштановых и светло-каштановых почв на территории Волгоградской области (рис. 1). Исследованные участки приурочены к автоморфным ландшафтам Приволжской и Ергенинской возвышенностей, Нижнего Заволжья (высокая терраса р. Ахтубы) и Эльтонской равнины. Точное место для точной закладки разрезов контролировалось съемкой с помощью квадрокоптера “Mavic 2 pro”. В пределах каждого ключевого участка для каждого хроносреза было изучено три почвенных профиля, разрезы закладывали в границах одного почвенного ареала, выбор места уточняли серией прикопок и скважин. Использовали морфолого-генетический и химико-аналитический методы исследования. Аналитические работы проводили по стандартным методикам в ЦКП ИФХиБПП РАН [1, 6]. В число изученных почвенных характеристик входили стратиграфия и морфология профиля, содержание Cорг, количество обменного Na+ в солонцовых горизонтах, величина плотного остатка водной вытяжки, содержание SО4 гипса, СO2 карбонатов, гранулометрический состав. За интегральную характеристику, отражающую временную изменчивость почв, принимали содержание ЛРС (величину плотного остатка водной вытяжки, %) в верхней метровой толще почвенного профиля. Данный показатель является одним из наиболее динамичных и во многом определяет основные свойства почв сухостепной и полупустынной природных зон [23].

Рис. 1.

Карта расположения ключевых участков исследования. Обозначения: 1 – курганный могильник “Авиловский”, 2 – курганный могильник “Перегрузное”, 3 – курганный могильник “Эльтон”, 4 – курганный могильник “Абганерово”, 5 – курганный могильник “Маляевка”.

Таксономическую принадлежность почв определяли согласно Классификации почв СССР 1977 г. [14].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Зона каштановых почв. Приволжская возвышенность. Курганный могильник “Авиловский”. Район исследований расположен в южной части Приволжской возвышенности, в междуречье Волги и Дона. Для данной территории среднегодовая температура составляет +6°С, среднегодовое количество осадков 400 мм. Ключевой участок находится на высокой правобережной первой надпойменной террасе р. Иловля (левый приток р. Дон) в 1 км к западу от с. Авилов Иловлинского района Волгоградской области. Терраса отчетливо проявляется в рельефе, имеет выраженный уступ высотой 5–10 м над уровнем поймы. Абсолютные отметки составляют 50–85 м.

Почвообразующими породами участка исследований являются покровные лёссовидные суглинки, подстилаемые аллювиальными мелкозернистыми песками. Территория хорошо дренируется ложбинами стока, промоинами, оврагами и балками глубиной до 40–50 м. Грунтовые воды залегают глубже 10 м, имеют незначительную минерализацию (<1 г/л) и гидрокарбонатно-кальциевый состав. Приуроченность к краю террасы и наличие памятников археологии, не позволяли проводить распашку и выгон скота на данном участке. Растительный покров представлен типчаково-полынными ассоциациями (проективное покрытие достигает 70%). В почвенном покрове преобладают каштановые солонцеватые почвы.

Изучены свойства каштановых почв 2000 и 2019 гг. исследований (табл. 1, рис. 2). Почвенные профили представлены сочетанием генетических горизонтов А1–В1–В2са–ВСса–С–Сs,г, в целом имеют среднесуглинистый гранулометрический состав. Содержание физической глины изменяется от 30 до 50%. Накопление глинистой и илистой фракций отмечается в средней части разреза. Содержание органического углерода в гумусовом горизонте не превышает 1.3%. Для почв характерно наличие хорошо выраженного бурого с призмовидно-ореховатой структурой солонцеватого горизонта В1, содержание обменного натрия в котором составляет 2.8–3%. Глубина вскипания от HCl расположена сразу под гумусовым горизонтом, новообразования карбонатов представлены в средней части профиля (гор. ВСса) в виде пятен и хорошо оформленной белоглазки, содержание карбонатов здесь достигает 7%, мощность горизонта в среднем равна 45 см. Аккумуляции содержания ЛРС совмещены и достигают максимума (1.4–1% соответственно) на глубине 1.5–2 м.

Таблица 1.  

Сравнительная характеристика свойств почв сухостепной зоны (ключевые участки “Авиловский”, “Перегрузное”, “Эльтон”). Морфологические свойства представлены в виде средних значений по трем разрезам

Показатель Ключевой участок, год исследований
“Авиловский” “Перегрузное” “Эльтон”
2000 2019 2000 2019 2000 2019 1985 2019
Мощность горизонтов, см:
А1 10 10 10 12 5 5 20 17
А1 + В1 26 27 32 33 16 18 40 38
Глубина вскипания, см 26 27 32 32 16 18 40 38
Мощность горизонта ВСса, см 46 42 36 32 34 32 25 25
Глубина залегания аккумуляции гипса, см 130 120 180 140 66 63 105 100
Новообразования гипса Скопления кристаллов Скопления кристаллов Скопления кристаллов Прожилки, вкрапления
Содержание Сорг, %
гор. А1 1.28 1.12 1.51 1.22 1.60 1.32 0.59 0.89
гор. В1 0.96 1.10 0.78 1.12 0.92 0.66 0.78 0.8
гор. В2са 0.46 0.37 0.47 0.36 0.46 0.53 0.81 0.63
Содержание в ППК, % от суммы
Са2+ 57.8 59.3 50.2 46.1 54.3 39.0 58.3 59.2
Мg2+ 35.3 36.6 0.7 48.0 28.0 54.5 35.8 37.2
Na+ 2.8 3.0 44 0.8 15.9 1.4 0.91 1.0
K+ 4.0 1.1 5.0 4.3 1.8 5.3 1.76 2.6
Сумма обменных оснований, cмоль(экв)/кг 23.2 20.8 35.6 37.1 36.7 38.5 16.9 18.5
Почва К2сн,гскт К2сн,гскт СНк, скт К2сн,гскт

Примечание. Здесь и далее, индексы почв: К2 – каштановые, К1 – светло-каштановые, СН – солонцы; индексы родовых и видовых признаков почв: сн – солонцеватые, гскт – глубокосолончаковатые, скт – солончаковатые, к – корковые.

Рис. 2.

Химические свойства почв изученных ключевых участков (%). А – курганный могильник “Авиловский”, Б – курганный могильник “Перегрузное” (каштановые почвы); В – курганный могильник “Перегрузное” (солонцы корковые); Г – курганный могильник “Эльтон”; Д – курганный могильник “Абганерово”; Е – курганный могильник “Маляевка”. Профильное распределение (%, архивные данные показаны прерывистой линией, данные 2019 г. – сплошной): 1, 2 – ЛРС; 3, 4 –сульфатов гипса; 5, 6 – СО2 карбонатов; 7, 8 – физическая глины; 9, 10 – ила.

Повторно изучен ареал каштановых солонцеватых глубокосолончаковатых почв. В почвах, исследованных в 2019 г., по сравнению с почвами, исследованными в 2000 г., отмечено увеличение (примерно в 3 раза), величины плотного остатка водной вытяжки в верхней метровой части профиля (рис. 3). В целом содержание ЛРС в изученных почвах до глубины 120–130 см незначительно и не превышает 0.5%.

Рис. 3.

Средневзвешенное содержание ЛРС (%) в слое 0–1 м почв изученных ключевых участков, средние данные по трем разрезам для каждого хроноинтервала. А – курганный могильник “Авиловский”, Б – курганный могильник “Перегрузное” (каштановые почвы), В – курганный могильник “Перегрузное” (солонцы корковые), Г – курганный могильник “Эльтон”, Д – курганный могильник “Абганерово”, Е – курганный могильник “Маляевка”.

Зона каштановых почв. Ергенинская возвышенность. Курганный могильник “Перегрузное”. Район исследований расположен в южной половине Волго-Донского междуречья, административно приурочен к Октябрьскому району Волгоградской области, в природном отношении относится к зоне сухих степей северной части Ергенинской возвышенности. Климат района умеренно континентальный. Средняя годовая температура воздуха составляет +8°С, среднегодовое количество осадков 400 мм. С дневной поверхности территория перекрыта четвертичными лёссовидными карбонатными суглинками. Грунтовые воды залегают на глубине более 20 м. Почвенный покров комплексный, состоящий из каштановых почв и солонцов.

Исследованный курганный могильник “Перегрузное” расположен в краевой части автоморфной водораздельной поверхности р. Россошь и Перегрузненской балки (в 1 км к востоку от с. Перегрузное). Абсолютные отметки высот территории составляют 80–85 м.

На ключевом участке сохранилась естественная полынно-злаковая растительность, предстваленная белополынно-типчаковыми (проективное покрытие 70–80%) и чернополынными (проективное покрытие 10–40%) ассоциациями. Территория используется как круглогодичное пастбище расположенной вблизи овцеводческой фермы. Исследования проводили в 2000 и 2019 гг. В 2000 г. была заложена площадка размером 10 × 12 м, по сетке с шагом 1 м выполнена нивелирная съемка поверхности с последующим заложением двух разрезов на наиболее контрастных почвенных разностях. В 2019 г. повторно выполнили нивелирную съемку поверхности и провели закладку почвенных разрезов. Для изучения почвенного покрова площадки, через каждый метр по всей площади закладывали почвенные прикопки, глубиной 30–40 см, с замером мощностей и описанием верхних почвенных горизонтов А1, В1 и В2, для последующего определения типовой и родовой принадлежности почвенных разностей. На основе полученных данных были составлены топопланы и почвенная карта изученных площадок (рис. 4).

Рис. 4.

Топопланы площадок и почвенная карта ключевого участка “Перегрузное”. А – топоплан 2000 г.; Б – топоплан 2019 г.; В – почвенная карта 2019 г. (1 – солонцы корковые солончаковатые; 2 – солонцы мелкие солончаковатые; 3 – солонцы средние глубокосолончаковатые; 4 – каштановые глубокосолончаковатые почвы; 5 – места заложения разрезов в 2000 г.; 6 – места заложения разрезов в 2019 г.).

Анализ полученных данных показал, что микрорельеф территории за период 2000–2019 гг. не претерпел существенных изменений. В целом, он представлен сочетанием микроповышений и эрозионных микропонижений с относительными высотами около 30 см. Вместе с тем на топоплане 2019 г. отмечено смещение отвершка микропонижения примерно на 2–3 м к западу, с общим увеличением его глубины на 5–10 см.

Почвенный покров ключевого участка представлен мозаикой, состоящей из зональных каштановых солонцеватых почв и солонцов средних, приуроченных к микроповышениям, и солонцов мелких и корковых, занимающих микропонижения. Такой характер взаимосвязи микрорельефа и почв в целом типичен для автоморфных ландшафтов сухих и пустынных степей Русской равнины [5, 12, 18]. В структуре почвенного покрова территории преобладают солонцы (64%), эродированные виды солонцов (мелкие и корковые) составляют 14% (9 и 5 соответственно) от общей площади площадки (рис. 4).

Изучены свойства каштановых солонцеватые почв и солонцов корковых за 2000 и 2019 гг. (табл. 1, рис. 2). Генетические профили представлены сочетанием горизонтов А1–В1–В2са–ВСса–С–Сs,г для каштановых почв и А1–В1–В2са–Сса–Сs,г для корковых солонцов. Каштановые почвы, помимо менее выраженного солонцового горизонта, отличаются от солонцов заметным рассолением почвенного профиля, наличием выраженных органо-глинистых кутан на структурных отдельностях горизонта аккумуляции карбонатов, присутствием промытого горизонта С, ниже которого залегает горизонт аккумуляции ЛРС и гипса. В солонцах аккумуляция ЛРС и гипса залегает сразу под горизонтом скопления карбонатов. В целом исследованные почвы имеют средне-тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Накопление глинистых и илистых фракций в каштановых почвах отмечено для карбонатного горизонта, в солонцах аккумуляция мелкодисперсной фракции происходит в солонцовом горизонте. Для почв характерно наличие хорошо выраженного бурого с призмовидно-ореховатой структурой солонцеватого горизонта В1.

Содержание обменного Na+ в каштановых почвах не превышает 1% и достигает 16% в солонцах корковых. В солонцах средних этот показатель составляет около 1%. Вскипание от HСl происходит сразу под гумусовым горизонтом, новообразования карбонатов представлены в виде пятен и белоглазки. Содержание карбонатов в аккумулятивном горизонте (гор. ВСса) достигает 7%, и уменьшается к материнской породе до 4%. Аккумуляции гипса и ЛРС совмещены. В каштановых почвах они расположены на глубине 140–180 см, тогда как в корковых солонцах значительно выше (около 60 см от поверхности). Величина плотного остатка и содержание сульфатов гипса в зоне аккумуляции достигает 1.5%.

Сравнительная характеристика данных разных хроносрезов позволяет сделать вывод о том, что с 2000 по 2019 гг. в результате перевыпаса произошло увеличение площади микропонижений, занятых корковыми солонцами. Это привело к повышению (на 40 см) глубин залегания аккумуляций ЛРС и гипса в прилегающих к ним почвах. Величина плотного остатка водной вытяжки в верхней метровой толщи увеличилась в каштановых почвах более чем в 4 раза, с 0.06 до 0.25%, в солонцах корковых увеличение этого показателя менее заметно: с 0.70 до 0.97% (рис. 3).

Зона каштановых почв. Эльтонская равнина. Курганный могильник “Эльтон”. Ключевой участок Эльтон расположен в 3 км к северу от оз. Эльтон и в 14 км к северо-востоку от одноименного поселка, на левом берегу р. Хара. В настоящее время территория относится к охранной зоне заповедника “Эльтонский” и используется как пастбище и сенокос. Эльтонская равнина характеризуется хорошей естественной дренированностью. Она представляет собой полосу шириной 20–30 км вокруг оз. Эльтон с абсолютными отметками 20–35 м. С поверхности равнина сложена хвалынскими морскими суглинками, подстилаемыми супесями и песками. Территория расчленена серией мелких рек и овражно-балочной сетью. Грунтовые воды залегают на глубине 15–25 м. Средняя годовая температура воздуха составляет +8°С, среднегодовое количество осадков 270 мм.

В растительном покрове преобладают полынно-злаковые ассоциации, солянки, в понижениях встречаются заросли камыша и тростника. На Эльтонской равнине развит островной ареал каштановых почв в комплексе с выщелоченными солонцами и лугово-каштановыми почвами. В приозерной части широко распространены солончаки.

Изученный хроноряд представлен каштановыми глубокосолончаковатыми почвами 1985 и 2019 гг. исследований (табл. 1, рис. 2). Профили изученных почв имеют среднесуглинистый гранулометрический состав и представлены следующими горизонтами А1–В1–В2са–ВСса–С–Сs,г. Аккумуляция глинистых и илистых фракций происходит в солонцовом горизонте.

Почвы солонцеватые, горизонт В1 коричнево-бурого цвета, призмовидно-ореховатой структуры, содержание обменного Nа+ в нем не превышает 1%. Содержание Сорг в почвах составляет 1–1.5%. Глубина вскипания от HСl располагается ниже гумусового горизонта, новообразования карбонатов представлены в виде пятен и редкой белоглазки. До глубины 0.5 м почвы выщелочены, ниже содержание карбонатов по профилю равно 3–4% в почвах 1985 г. исследований и 4–5% в 2019 г.

Аккумуляции новообразований гипса и ЛРС совмещены, выражены в виде прожилок и вкраплений, встречаются с глубины около 100–105 см. Величина плотного остатка в почвах 1985 г. не превышает 0.15%, в 2019 г. – 0.38%. Содержание сульфатов гипса в зоне аккумуляции составляет 0.16–0.17%.

Таким образом, почвы исследованного ключевого участка “Эльтон” представлены каштановыми солонцеватыми глубокосолончаковатыми почвами. В почвах по состоянию на 2019 г. по сравнению с 1985 г. выявлено небольшое (в 1.2 раза) засоление верхней метровой части профиля (рис. 3). В целом почвы рассолены, содержание ЛРС до глубины 100–130 см составляет не более 0.06%.

Зона светло-каштановых почв. Ергенинская возвышенность. Курганный могильник “Абганерово”. Курганный могильник “Абганерово” располагался в 3 км к югу от с. Абганерово Октябрьского района Волгоградской области и в 25 км к северо-востоку от курганной группы “Перегрузное”.

На данной территории среднегодовая температура воздуха составляет +8°С, среднегодовое количество осадков 350 мм. Археологические памятники приурочены к плоскому дренированному межбалочному водоразделу, ориентированного с востока на запад. Абсолютные отметки высот поверхности равны 90–100 м. Почвообразующими породами являются карбонатные лёссовидные суглинки. Растительный покров представлен типчаково-полынными ассоциациями (проективное покрытие 30–70%). Участок используется как естественное пастбище. В почвенно-географическом отношении исследуемый участок находится в западной части ареала распространения светло-каштановых почв, занимающих вершину и восточный склон Ергенинской возвышенности. Границы почвенных зон имеют меридиональное направление. В 5–10 км к западу пустынно-степная зона сменяется сухостепной с каштановыми почвами.

Проанализированы профили светло-каштановых почв, изученных в 1996 и 2019 гг. (табл. 2, рис. 2). Почвенные профили имеют средне-тяжелосуглинистый гранулометрический состав. Профиль состоит из следующих генетических горизонтов: А1–В1–В2са–ВСса–Сs,г. Накопление фракций ила и глины происходит в солонцовом горизонте (гор. В1). Солонцовый горизонт имеет призмовидно-ореховатую структуру, с кутанами по граням структурных отдельностей, содержание обменного Na+ и Сорг составляет около 1%. Вскипание от HCl происходит под гумусовым горизонтом. До глубины 0.5 м почвы выщелочены от карбонатов, ниже по профилю их содержание увеличивается до 6–7%. Новообразования карбонатов сосредоточены в горизонте ВСса, их содержание достигает 6–7%, выражены в виде пятен и аморфной белоглазки. Аккумуляции гипса и ЛРС совмещены, представлены в виде вкраплений и прожилок, залегают ниже плотного горизонта аккумуляции карбонатов с глыбистой структурой. Содержание ЛРС и сульфатов гипса в нижней части профиля увеличивается до 0.5 и 1% соответственно.

Таблица 2.  

Сравнительная характеристика свойств почв пустынно-степной зоны (ключевые участки “Абганерово”, “Маляевка”). Морфологические свойства представлены в виде средних значений по трем разрезам

Показатель Ключевой участок, год исследований
“Абганерово” “Маляевка”
1996 2019 1998 2019
Мощность горизонтов, см:
А1 11 11 10 8
А1 + В1 25 22 36 36
Глубина вскипания, см 25 22 36 36
Мощность горизонта ВСса, см 30 31 34 40
Глубина залегания аккумуляции гипса, см 66 63 150 150
Новообразования гипса Прожилки, вкрапления Прожилки, вкрапления
Содержание Сорг, %
гор. А1 1.21 1.11 0.72 0.71
гор. В1 1.10 0.98 0.58 0.64
гор. В2са 0.37 0.49 0.24 0.38
Содержание в ППК, % от суммы
Са2+ 49.2 59.1 53.2 52.6
Мg2+ 45.7 35.7 30.7 32.9
Na+ 1.2 0.75 16.4 13.4
K+ 4.1 4.4 0.9 0.8
Сумма обменных оснований, cмоль(экв)/кг 31.3 29.8 28.3 29.1
Почва К1сн,скт К1сн,гскт

Исследованные почвы диагностированы как светло-каштановые солонцеватые солончаковатые. Почвы 1996 г. исследований характеризуются сравнительно меньшей засоленностью верхней метровой толщи профиля по сравнению с почвами, исследованными в 2019 г. Содержание ЛРС в изученных почвах до глубины 100 см незначительное и не превышает 0.25%.

Зона светло-каштановых почв. Высокая надпойменная терраса р. Ахтуба. Курганный могильник “Маляевка”. Изученный курганный могильник “Маляевка” расположен в 5 км к северо-востоку от с. Маляевка Ленинского района Волгоградской области. Он приурочен к краевой части второй надпойменной, высотою 8–10 м, террасы р. Ахтуба. Территория ключевого участка равнинная со слабым уклоном в сторону долины реки. Абсолютные отметки составляют 20 м. Среднегодовая температура равна +8°С, среднегодовое количество осадков 270–300 мм. Поверхностные отложения представлены желто-бурыми лёссовидными суглинками мощностью до 10 м. Район исследований хорошо дренирован, грунтовые воды залегают на глубине более 10 м. Участки с сохранившейся злаково-полынной естественной растительностью используются как пастбища.

Изученный хроноряд 1998 и 2019 гг. представлен светло-каштановыми почвами (табл. 2, рис. 2). Почвы в целом имеют среднесуглинистый гранулометрический состав. Почвенный профиль состоит из горизонтов: А1–В1–В2са–ВСса–С–Сs,г. Аккумуляция фракций физической глины и ила приурочена к карбонатному горизонту (гор. ВСса). В строении почвы характерно наличие хорошо выраженного бурого солонцеватого горизонта В1 с призмовидно-ореховатой структурой. Содержание обменного Na+ в данном горизонте составляет 13–14%. Содержание Сорг в гумусовом горизонте не превышает 1%. Профиль вскипает от HCl под гумусовым горизонтом, новообразования карбонатов представлены в виде пятен и аморфной белоглазки. Карбонатный горизонт очень плотный, структура глыбисто-ореховатая, содержание карбонатов в данном горизонте достигает 5–6%. Профиль промыт от ЛРС. Зоны накопления гипса и ЛРС совмещены, и их содержание в нижней части профиля достигает 0.5%.

Сравнительный анализ свойств разновременных почв позволяет отметить, что в разрезе 2019 г. исследований по сравнению с 1998 г. отмечено небольшое (в 1.2 раза) засоление верхней метровой части профиля (рис. 3). В целом, содержание ЛРС в изученных почвах до глубины 100–130 см и не превышает 0.6%.

Таким образом, проведена сравнительная характеристика свойств почв разных годов исследований расположенных в зонах сухих (Волго-Донское междуречье) и пустынных (Северный Прикаспий) степей. Изученные почвы представлены зональными каштановыми и светло-каштановыми почвами, а также солонцами корковыми. Отмеченные изменения почвенных свойств не превышают пределы их естественного варьирования в границах одного почвенного ареала. Изменения свойств почв пастбищ, сухих степей Ергенинской возвышенности (ключевой участок “Перегрузное”) вызвано изменением особенностей микрорельефа территории. С целью определения динамики климатических показателей региона выполнен анализ имеющихся в открытом доступе метеорологических данных и результатов дистанционного зондирования.

На основе имеющихся климатических данных “Отдела климатических исследований факультета естественных наук Университета Восточной Англии (Climatic Research Unit (CRU)” проведены расчеты индекса аридности (по Де Мортону – IDM) [24] для рассматриваемой территории по нескольким хроносрезам (1960, 1980, 2000 и 2020 гг.).

Данные представлены одним численным значением среднегодовой температуры и осадков в пределах каждой ячейки географической сетки размером 0.5° × 0.5° и соответствует расстоянию около 50 км, полностью или частично находящиеся на исследуемой территории. Выполнено моделирование пространственного распределения значений индекса аридности с построением изолиний. Проанализировано смещение изолиний аридности (IDM = 20, значение соответствует положению границы сухостепной и пустынно-степной зоны) для всех рассмотренных хроносрезов. Анализ полученных данных, приведенных на рис. 5, показал, что за последние 60 лет произошло смещение границы пустынно-степной зоны примерно на 100 км к северу.

Рис. 5.

Изолинии индекса аридности, построенные для 1960, 1980, 2000 и 2020 гг. (индекс аридности IDM = 0), 1 – 2020, 2 – 2000, 3 – 1980, 4 – 1960 гг.

Полученные данные согласуются с данными наблюдений на метеостанциях “Волгоград” (СХИ) и “Эльтон” (данные взяты с сайта http:// meteo.ru/data). Для характеристики изменений климата исследованных ключевых участков рассмотрены данные об изменении среднегодовой температуры воздуха и суммы годовых атмосферных осадков. По данным со станции “Волгоград”, за период с 1980 г. по настоящее время произошло повышение среднегодовой температуры воздуха с +8 до +10°C. Данные станции “Эльтон” показали, что температура за это же время увеличилась на +1°С, с +8 до +9°С. Заметное увеличение увлажненности климата составило около 100 мм, в период с 1980 по 1995 гг. для бассейнов рек Волга и Дон. В районе оз. Эльтон количество годовых осадков за то же время увеличилось на 50 мм.

Вместе с тем с 1995 по 2019 гг. атмосферное увлажнение на всех метеостанциях уменьшилось до показателей ниже современной среднегодовой нормы (400 мм для “Волгограда” и 270 мм для “Эльтона”). На фоне повышения годовой температуры это привело к выраженной аридизации климата. Тенденция усиления засушливости в начале XXI в. − после этапа повышенного увлажнения второй половины XX в. − выявлена практически для всей территории юга Русской равнины [4, 10, 22].

Таким образом, несмотря на заметное увеличение аридности климата, существенных изменений в свойствах (почв профильное распределение карбонатов, ЛРС, гипса, содержание Сорг, обменного Na+ в солонцовых горизонтах) исследованных участков сухой и пустынной степи не выявлено. На уровне общей тенденции отмечено незначительное (не более 0.5% величины плотного остатка водной вытяжки) повышение засоленности верхней метровой почвенной толщи. Усиление засушливости климата увеличивает антропогенный прессинг на отдельные почвенные свойства и почвенный покров региона в целом. Наиболее заметное изменение в свойствах почв, зафиксированное нами в зоне сухих степей на севере Ергенинской возвышенности (ключевой участок “Перегрузное”), обусловлено изменением микрорельефа участка в результате перевыпаса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ климатических и метеорологических данных за последние 60 лет свидетельствует об усилении засушливости климата Нижнего Поволжья, что выражается, прежде всего, в росте (примерно на 2°C) среднегодовой температуры воздуха. С 1995 г. увеличение аридности сопровождается также снижением (на 50–100 мм) годовой нормы атмосферных осадков. Отмеченные особенности динамика климатических показателей обусловили общее смещение изолиний значений индекса аридности (по Де Мортону – IDM) региона примерно на 100 км к северо-западу. Вместе с тем, повторные исследования почв курганных могильников на территории Волго-Донского междуречья и Северного Прикаспия, не выявили каких-либо заметных изменений в их свойствах. Охватываемый временной диапазон включал периоды 1985–2019 гг. для Заволжья и 1998–2019 гг. для правобережья р. Волги. За это время свойства почв изученных ключевых участков практически не изменились. Отмечено лишь незначительное (на 0.5%) увеличение засоленности верхней метровой толщи. Локальные изменения в строении солевых профилей почв на территории Северных Ергеней вызваны усилением антропогенной нагрузки, это обусловило увеличение площадей занятых корковыми солонцами. Отмеченные особенности во взаимосвязи свойств почв и динамики климата региона свидетельствуют о достаточной стабильности почв степных экосистем в условиях современной аридизации климата.

Список литературы

  1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 487 с.

  2. Базыкин Г.С., Овечкин С.В. Миграционно-мицелярные черноземы Курской области в климатических и биосферных циклах // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2012. Вып. 70. С. 3–18. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2012-70-3-18

  3. Булышева А.М., Хохлова О.С., Русаков А.В., Мякшина Т.Н. Изменение карбонатного состояния пахотных и залежных почв юга лесостепной зоны среднерусской возвышенности (заповедный участок “Лес-на-Ворскле”) // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. 2018. № 41. С. 6–26. https://doi.org/10.17223/19988591/41/1

  4. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Климатические изменения и почвы юга России // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки. 2006. № 6. С. 88–92.

  5. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы Ростовской области: генезис, география и экология. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2012. 316 с.

  6. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.

  7. Геннадиев А.Н. Изучение почвообразования методом хронорядов // Почвоведение. 1978. № 12. С. 33–43.

  8. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении истории природы и общества. Пущино, 1997. 213 с.

  9. Димо Н.А., Келлер Б.А. В области полупустыни. Почвенные и ботанические исследования на юге Царицынского уезда Саратовской губернии. Саратов, 1907. 215 с.

  10. Золотокрылин А.Н., Титкова Т.Б., Черенкова Е.А. Характеристики весенне-летних засух в сухие и влажные периоды на юге европейской России // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 4(85). С. 76–83. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10121

  11. Иванов И.В., Александровский А.Л. Методы изучения эволюции почв // Почвоведение. 1987. № 1. С. 112–121.

  12. Иванова Е.Н. Классификация почв СССР. М.: Наука, 1976. 227 с.

  13. Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: Гос. изд-во иностр. лит-ры, 1948. 348 с.

  14. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.

  15. Козловский. Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. М.: ГЕОС, 2003. 536 с.

  16. Лисецкий Ф.Н., Маринина О.А., Буряк Ж.А. Геоархеологические исследования исторических ландшафтов Крыма. Воронеж: Изд. дом ВГУ, 2017. 431 с.

  17. Минкин М.Б., Бабушкин В.М., Садименко П.А. Солонцы юго-востока Ростовской области. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 1980. 272 с.

  18. Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение. М.: Гослесбумиздат, 1955. 516 с.

  19. Смирнова Л.Г., Чендев Ю.Г., Кухарук Н.С., Нарожняя А.Г., Кухарук С.А., Смирнов Г.В. Изменение почвенного покрова в связи с короткопериодическими климатическими колебаниями // Почвоведение. 2019. № 7. С. 773–780.

  20. Хитров Н.Б. Подход к ретроспективной оценке изменения состояния почв во времени // Почвоведение. 2008. № 8. С. 899–912.

  21. Хитров Н.Б. Связь почв солонцового комплекса Северного Прикаспия с микрорельефом // Почвоведение. 2005. № 3. С. 271–84.

  22. Черенкова Е.А., Золотокрылин А.Н О сравнимости некоторых количественных показателей засухи // Фундаментальная и прикладная климатология. 2016. Т. 2. С. 79–94.

  23. Элементарные почвообразовательные процессы: Опыт концептуального анализа, характеристика, систематика / Под ред. Н.А. Караваевой, С.В. Зонна. М.: Наука, 1992. 186 с.

  24. De Martonne E. Aréisme et indice d’ariditè // Compt. Rend. Acad. Sci. 1926. V. 182. P. 1395–1398.

  25. Sandor J.A., Huckleberry G., Hayashida F.M., Parcero-Oubiña C., Salazar D., Troncoso A., Ferro-Vázque C. Soils in ancient irrigated agricultural terraces in the Atacama Desert, Chile // Geoarchaeology. 2021. https://doi.org/10.1002/gea.21834

  26. Lisetskii F., Marinina O., Stolba V.F. Indicators of agricultural soil genesis under varying conditions of land use, Steppe Crimea // Geoderma. 2015. V. 239(240). P. 304–316. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.11.006

  27. Vreeken W.J. Principle Kinds of chronosequences and their significance in soil history // J. Soil Sci. 1975. V. 26(4). P. 378–394. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1975.tb01962.x

Дополнительные материалы отсутствуют.