Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Почвенная мезофауна лесостепных и степных агроландшафтов Центрального Предкавказья

ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Почвенная мезофауна лесостепных и степных агроландшафтов Центрального Предкавказья"

На правах рукописи

ПАТЮТА Марина Борисовиа

ПОЧВЕННАЯ МЕЗОФАУНА ЛЕСОСТЕПНЫХ И СТЕПНЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Специальность 25.00.23 - Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

15 ЯНЗ 2015

Ставрополь — 2014

005557658

005557658

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Годунова Евгения Ивановна

Официальные оппоненты: Казеев Кямиль Шагидуллович

доктор географических наук, профессор,

ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет»,

профессор кафедры экологии и природопользования

Рапопорт Ирина Борисовна

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией разнообразия беспозвоночных ФГБУН Институт экологии горных территорий им. А. К. Темботова КБНЦ РАН

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский

государственный аграрный университет им. В.М. Кокова»

Защита состоится 20 февраля 2015 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.11 при ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 1, ауд. 416.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «СевероКавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, и на сайте: http://www.ncfu.ru/text_dissert.htnil

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах СКФУ: http://www. ncfu.ru/text_dissert.html и ВАК при Минобрнауки России: www.vak.ed.gov.ru/ru/ dissertation/

Автореферат разослан « ^ ^ » CjCiCiCCpd: 2014 ]

Ученый секретарь диссертационного совета у/^/

кандидат географических наук, доцент • К. Ю. Шкарлет

-у.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применяемые в земледелии технологии оказывают влияние не только на продуктивность возделываемых культур и качество продукции, но и на экологическое благополучие почв. Отмечающееся повсеместно снижение плодородия почв в агроландшафтах обусловлено целым комплексом причин, в том числе ухудшением среды обитания почвенных животных в результате нерациональной деятельности сельхозтоваропроизводителей, приводящей к изменению численности и состава геобионтов.

Интенсивное использование земель без учета природных особенностей, отсутствие адаптации сельскохозяйственной деятельности к региональным специфическим условиям приводят к развитию различных деградационных процессов, способствующих снижению биоразнообразия, уменьшению численности полезной почвенной ме-зофауны, что в свою очередь усиливает негативные изменения, происходящие в биосфере. Деградация биоты не только нарушает трансформационные свойства почвы, ее системную целостность, но и способствует увеличению содержания С02 в атмосфере, а следовательно, и возрастанию опасности возникновения парникового эффекта и глобального потепления климата.

Интенсификация земледелия должна быть не только экономически выгодной, но и экологически безопасной. Оценка эколого-биологического состояния почвенной среды дает возможность выбора не только наиболее эффективных, но и экологически безопасных агротехнологий, что способствует предотвращению негативных изменений структурно-функциональных особенностей почв.

Цель исследования: провести анализ состояния почвенной мезофауны как индикатора экологического состояния почв современных лесостепных и степных агро-ландшафтов Центрального Предкавказья.

Задачи исследования:

• изучить состав и численность почвенных беспозвоночных в таксонах ландшафтных катен лесостепных агроландшафтов;

в рамках инварианта ландшафтно-экологических моделей биоэкосистем лесостепных и степных агроландшафтов изучить особенности состояния среды обитания, видовой состав, численность и биомассу почвенной мезофауны;

• установить влияние различных систем, видов и доз удобрений на состояние почвенной мезофауны в лесостепных и степных агроландшафтах;

• выявить значение экологичесшго каркаса для почвенной мезофауны и оптимизации свойств почв морфологических единиц агроландшафтов.

Объект исследования - лесостепные и степные агроландшафты Центрального Предкавказья.

Предмет исследования - почвенная мезофауна как индикатор современного состояния почв лесостепных и степных агроландшафтов.

Теория и методы исследования. Диссертационные исследования основаны на следующих теоретико-методологических положениях: ландшафтном подходе, ориентированном на выделение ландшафта с учётом его региональных особенностей (Солнцев, 1962; Исаченко, 1991; Шальнев, 1995, 2007 и др.), ландшафтно-экологическом подходе, понятии агроландшафта и концепции адаптивно-ландшафтного земледелия (Лопырев, 1995, 2001; Кирюшин, 1993, 1996, 2011; Система земледелия нового поколения, 2013 и др.), принципах экологизации и сохранения биоразнообразия.

Диссертация основана на собственных почвенно-зоологических исследованиях автора в весенние, летние и осенние сезоны с 2006 по 2008 г., а также материалах

ФГБНУ Ставропольский НИИСХ. Изучение состояния почвенной мезофауны в современных условиях адаптивно-ландшафтного земледелия проводилось на территории Ставропольского края в пределах агроландшафтов байрачных лесостепей и злаково-разнотравных степей. Здесь рассматривались пять типов моделей биоэкосистем почвенных животных: природных естественных (лес и пастбище), агрофитоценозов пашни, агростепи и полезащитных лесных полос. Основные методы исследования включали учет и отбор почвообитающих беспозвоночных, общенаучные методы — описательный, сравнительный, статистический, картирования, моделирования. Отбор почвенной мезофауны проводился в восьмикратной повторности. Методом раскопок затри года отобрано 1480 проб с 364133 экз. почвообитающих беспозвоночных. Агрохимический анализ по показателям плодородия почв проводился в лаборатории экологии почв ФГБНУ Ставропольский НИИСХ, где было выполнено 648 химических анализов. Статистическая обработка и анализ фактического материала проводились с использованием пакета «Описательная статистика» Microsoft Excel 2007.

Научная новизна. Проведено моделирование влияния различных систем, видов и доз удобрений на состояние почвенной мезофауны в рамках пяти моделей биоэкосистем почвенных животных. Впервые в лесостепных и степных агроландшафтах Центрального Предкавказья проведена биоиндикация экологического состояния почв на основе изучения состава и численности представителей почвенной мезофауны. Рассмотрены вопросы влияния почвенной среды на педобионтов, что позволяет осуществлять прогноз изменения разнообразия почвенных беспозвоночных при интенсификации земледелия.

Практическая значимость. Установлен экологический оптимум применения минеральных удобрений в ландшафтном земледелии для почвенной мезофауны. Определена роль экологического каркаса для сохранения разнообразия педобионтов и оптимизации их состава, что имеет важное значение для эффективной экологизации земледелия в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства.

Защищаемые положения:

1. Учет качественного и количественного состава почвенной мезофауны наиболее типичных морфологических единиц лесостепных ландшафтов является необходимым условием проведения мониторинга современного состояния агроландшафтов края.

2. Использование инвариантных моделей биоэкосистем агроландшафтов дает возможность оценки качества почвенной среды, от которой зависит видовой состав, численность и биомасса почвенной мезофауны.

3. Применение различных видов и доз минеральных удобрений влияет на почвенных животных, что позволяет проводить биоиндикацию экологического состояния почв морфологических единиц современных лесостепных агроландшафтов. Органическая система удобрений способствует оптимизации качественного и количественного состава почвенной мезофауны современных степных агроландшафтов.

4. Экологический каркас на полигоне «Агроландшафт» выполняет не только роль противоэрозионного рубежа, но и рефугиума для почвенной мезофауны.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на заседаниях ученого совета ФГБНУ Ставропольский НИИСХ (2007-2008 гг.), научно-методических конференциях «Университетская наука-региону» (г. Ставрополь, 2007, 2008, 2009), Международной конференции «Проблемы экологической безопасности и сохранение природно-ресурсного потенциала» (г. Ставрополь, 2009), конференциях I Полевой школы по почвенной зоологии и экологии для молодых ученых 24-30

августа 2009 г. (г. Москва), И Полевой школы по почвенной зоологии и экологии для молодых ученых 12—16 сентября 2011 г. (г. Пенза).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Текст диссертации изложен на 157 страницах компьютерного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству, содержит 38 таблиц, 35 рисунков, 8 приложений. Список литературы включает 175 наименований, в том числе 6 иностранных авторов.

Автор выражает глубокую признательность за поддержку в организации и проведении исследований, а также подготовке диссертации своему научному руководителю д.с.-х.н., почетному работнику агропромышленного комплекса России Е. И. Годуновой, искренне благодарен за ценные консультации члену-корреспонденту РАН Б. Р. Стригановой, к.б.н. К. Б. Гонгальскому и к.б.н. Т. В. Проконовой. Автор выражает благодарность профессорам С. И. Сигиде и Т. Г. Стойко, д.б.н. А. В. Тиунову, д.б.н. Г. А. Арзанову, к.б.н. А. В. Маталину, к.б.н. С. В. Пушкину, аспиранту Р. В. Зуеву за помощь в определении видового состава почвенных беспозвоночных. Автор также глубоко признателен профессору В. А. Шальневу и доценту Т. В. Дегтяревой за содействие при работе над диссертацией.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи, выносимые на защиту положения, научная новизна, практическая значимость работы, апробация результатов исследования.

В первой главе изложены основные теоретические понятия, методологические подходы, описаны объекты исследования. Кратко освещаются использованные общепринятые методы и методики. Почвенно-зоологические и ландшафтно-экологические исследования на ключевых экспериментальных участках проводились в биоэкосистемах агрофитоценозов пашни, агростепи, полезащитных лесных полос, естественных леса и пастбища. В рамках ландшафтно-экологического подхода определены особенности факторов внешней (количество осадков, температура, ГТК) и внутренней (гранулометрический состав почв, рН, содержание в них гумуса, карбонатов, подвижного фосфора, обменного калия, микроклиматические показатели) среды, влияющих на состояние почвенной мезофауны.

Объектами исследований явилисьключевые участки типичных лесостепных и степных ландшафтов края: Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей и Расшеватско-Егорлыкского злаково-разнотравных степей (Шальнев, 1995). В лесостепном ландшафте заложены три экспериментальные площадки. Первая площадка относится к базовому полигону «Агроландшафт» Ставропольского НИИСХ, расположенному в доминантных урочищах балки верховьев бассейна реки Кизиловки. При организации полигона «Агроландшафт» использована модель пространственной организации полигона В. А. Шальнева и П. А. Диденко (1997) с выделением в качестве морфологических единиц агроландшафтов более мелких природно-сельскохозяйственных геосистем - агрофитоценозов пашни и экологического каркаса полигона - полезащитных лесополос и полос агростепи (Современные ландшафты Ставропольского края, 2002). Видовой и количественный состав почвенной мезофауны исследовался во всех природно-сельскохозяйственных геосистемах трех ландшафтных таксонов на уровне фаций, лежащих на одной катене: окраине плакора (таксон АО, верхней и нижней части юго-восточного коренного склона (таксоны Л2 и Аз) (рис. 1). В каждом таксоне

изучение почвенных животных в агрофитоценозах пашни проводилось на вариантах с ежегодным основным внесением полного минерального удобрения в дозах 1Ч6оРбоКбо и N120^120^1205 а также на контроле без удобрений при площади исследуемых участков 115,2 м2.

Рис. 1 — Модель пространственной организации полигона «Агроландшафт» на фациальном уровне (Современные ландшафты Ставропольского края, 2002)

Вторым реперным участком исследований почвенных беспозвоночных в лесостепных агроландшафтах являлся многолетний агрохимический стационар ФГБНУ Ставропольского НИИСХ по изучению эффективности длительного систематического применения различных видов и доз минеральных удобрений. Агрохимический стационар располагается в условиях плакора на обыкновенных мощных слабогумусиро-ванных черноземах, и изучение почвенной мезофауны проводилось в биоэкосистемах агрофитоценозов пашни на вариантах контроля (без удобрений), N6o, N120, Njgo, Peo, Р120, Piso, N120P60, N120Pi20, Ni20Pi80, P,2oN60, P[2oNi8o в шестипольном севообороте, агростепи и лесной полосы.

Третий ключевой участок в пределах Ташлянского ландшафта байрачных лесо-степей заложен в Изобильненском районе в 6 км к юго-западу от с. Московского на окраине плакора, бронированного известняками и песчаниками. Отбор мезофауны почв осуществлялся в природных естественных биоэкосистемах пастбища и леса.

На четвёртом ключевом участке в пределах Расшеватско-Егорлыкского ландшафта разнотравно-злаковых степей сравнительное изучение воздействия различных систем удобрений (органической и минеральной) на состав и численность почвенной мезофауны выполнялось на территории ООО СХП «Темижбекское» Новоалександровского района на обыкновенных мощных тяжелосуглинистых черноземах, сформировавшихся на лессовидных карбонатных суглинках. Почвенно-зоологические исследования проводились в биоэкосистемах полезащитных лесных полос и агрофитоценозов паш-6

ни в двух севооборотах хозяйства - кормовом прифермском, где за пятилетний период было внесено около 240 т/га навоза, и в зернопропашном при ежегодном внесении азотных и фосфорных удобрений.

Во второй главе описаны экологические особенности почвенных беспозвоночных, обитающих в пределах изучаемых агроландшафтов, а также их роль в жизни агроландшафта, в том числе и в почвообразовании. Приведены списки видовых составов и экологических групп почвенных беспозвоночных. Описаны особенности адаптации к неблагоприятным условиям среды у представителей почвенной мезофауны с учетом антропогенного влияния: распашки, выпаса скота и рекреационной нагрузки на почвенную мезофауну. Подчеркнуто значение мониторинга экологического состояния почвенной мезофауны при мониторинге самих агроландшафтов.

В третьей главе изложены особенности состояния среды жизни почвенных беспозвоночных и дана оценка их видового состава, численности и биомассы в различных типах биоэкосистем Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей: в агрофитоценозах неудобренной пашни (на контроле), буферных полосах агростепи и лесных полезащитных полос полигона «Arpoландшафт», а также природных естественных биоэкосистемах пастбища и леса на территории Изобильненского района. Исследуемая территория относится к зоне неустойчивого увлажнения, с умеренно-континентальным климатом: ГТК равен 1,02—1,12, среднегодовая температура воздуха составляет 10,1—11,6 °С, годовое количество осадков 564-637 мм. Среднегодовая температура воздуха в период 2000-2009 гг. превышала норму (1961—1990 гг.) на 0,8-0,9 °С.

Почвенная мезофауна биоэкосистем агрофитоценозов пашни. Изучение состояния среды обитания почвенной мезофауны показало, что неудобренные почвы пашни ландшафтных таксонов полигона, лежащих на одной катене, различаются по плодородию. Более благоприятные условия почвенного плодородия складываются в нижней части склона (таксон Аз). По содержанию гумуса наибольший контраст составляют почвы окраины плакора (таксон Aj) и нижней части склона (таксон А3), которые содержат гумуса на 0,71 % больше (табл. 1). Почвы контрольных вариантов полигона характеризуются низким и близким к этому уровню содержанием подвижного фосфора (12,5-15,6 мг/кг) и низким обменного калия (159-185 мг/кг), за исключением черноземов нижней части склона (Аз), которые относятся к среднеобеспеченным К20 (208 мг/кг). Разница в содержании обменного калия при сравнении почв окраины плакора (А]) и верхней части склона (А2) составляет 26 мг/кг, А2 и нижней части склона (А3) - 23 мг/кг, Ai и Аз - 49 мг/кг.

Таблица 1 - Условия почвенной среды в таксонах агрофитоценозов неудобренной пашни полигона «Агроландшафт»

Показатель Окраина плакора (А,) Верхняя часть склона (А2) Нижняя часть склона (А3)

Гумус, % 2,52 2,62 3,23

pH 6,85 6,29 6,68

СаС03,% 0,82 0,64 0,55

Р2О5, мг/кг 12,5 12,6 15,6

КгО, мг/кг 159 185 208

Условия почвенной среды создают экологические ниши для обитания почвенных беспозвоночных. В почвах агрофитоценов пашни всего полигона «Агроландшафт» обнаружен 41 вид представителей почвенной мезофауны - крупных беспозвоночных, относящихся к 3 классам, 8 отрядам и 27 семействам.

Выявлено по местообитанию 18 видов геобионтов, 16 - герпетобионтов и 3 - хор-тобионтов. По способу питания 21 вид относится к фитофагам, 4 - полифагам, 5 — ие-крофагам и 11 - хищникам. На всех таксонах полигона обнаружены типичные массовые обитатели полей и другие представители рода Poecilus (Р. rufipes, Р. melanarius и Р. cupreus), а также представители родов: офонус (Ophonus), тускляки (Amará) и пте-ростих (Pterosíichus); почти все представители семейств: щелкуны (Elateridaé), чернотелки ('Tenebrionidae), долгоносики (Curculionidae), пластинчатоусые (Scarabaeidae), усачи (Cerambycidaé)', а среди клопов (Hemipterá) — семейство щитники (Pentatomidae). К наиболее часто встречающимся вредителям на неудобренной пашне относятся: жужелица хлебная (Zabrus tenebrioides), бегун медный (Poecilus cupreus), клоп вредная черепашка (Eurygasler integríceps). Повсеместно встречаются в пашне всех таксонов долгоносики семейства слоников - Сurculiomidea (род Psallidium вид Psallidium maxilosum), чье обилие связано с возделыванием зерновых культур. Обильны в сборах представители рода Harpalus, относящегося к зоофагам и миксофагам. В почвенном населении пашни полигона «Агроландшафт» преобладают представители типичных геобионтов — дождевые черви (от 34 до 50-70 % сборов), а также многоножки и кив-сяки, которые распространены повсеместно по всей геохимической катене на всех таксонах. Почвы исследованных таксонов отличаются по количественному составу представителей почвенной мезофауны (табл. 2).

Таблица 2 — Среднее количество почвенных беспозвоночных в таксонах агрофнтоценозов неудобренной пашни полигона «Агроландшафт» по сезонам года, экз/м2

Сезон Год Таксоны агроландшафта

Окраина плакора (А,) Верхняя часть склона (А2) Нижняя часть склона (Аз)

М±т V, % М±т V,% М±ш V,%

Весна 2006 128±11,3 8,8 366±17,6 4,8 164±15,0 9,1

2007 32±5,2 16,3 6±2,9 48,3 58±7,9 13,7

2008 288+21,5 7,49 224±11,3 5,1 324±23,9 7,3

Среднее 149,3±74,7 50,1 198,6± 104,6 52,7 182±77,4 42,5

Лето 2006 48±4,2 8,9 74±10,4 14,1 140±25,1 17,9

2007 4±2,6 2 28±8,9 9,1 74±10,4 14,1

2008 74±10,4 14,1 140±25,1 17,9 172±25,1 14,5

Среднее 42±20,4 48,8 80,6±32,5 40,3 128,6±28,8 22,5

Осень 2006 128±11,3 8,8 96±12,1 12,59 144±11,3 7,8

2007 80±10,4 13,1 96±12,1 12,59 118±12,4 10,5

2008 86±13,5 15,6 88±12,4 14,2 324±23,9 7,4

Среднее 98±15,1 15,4 93,3±2,6 2,9 195,3±64,8 33,2

Среднее за год 96,4±27,5 28,5 124,2±36,7 29,5 168,6±31,9 18,9

За трехлетний период наблюдений (с 2006 по 2008 г.) больше всего почвенных беспозвоночных (в среднем за год 168 экз/м2) выявлено на таксоне А3 в нижней части склона с наиболее плодородными почвами. В менее богатых органическим веществом и элементами питания, более легких по гранулометрическому составу почвах окраины плакора (таксон A¡) и верхней части склона (таксон Л2) количество животных составляло 96 и 124 экз/м2 соответственно, т. е. в 1,75 и 1,35 раза меньше.

По сезонам года закономерности в количественном распределении педобионтов по таксонам сохраняются, при этом больше всего представителей почвенной мезо-фауны отмечено весной: на таксоне А, - 149, Л2 - 198, Аз - 182 экз/м2 и меньше всего летом - 42, 80 и 128 экз/м2 соответственно, что связано с недостатком влаги. Осенью с повышением влажности почвы и снижением температуры воздуха количество беспозвоночных возрастало на таксоне А] до 98, А2 — 93, A3 — 195 экз/м2, или в 2,3; 1,2; 1,5 раза соответственно. Таким образом, самый высокий рост численности животных - в 2,3 раза - отмечался на таксоне Ai с самыми неблагоприятными условиями на полигоне, где влажность почвы играет особенно важную роль для беспозвоночных, так как почва облегченного гранулометрического состава обладает меньшей водоудерживаю-щей способностью и при высоких температурах быстрее всего теряет влагу.

Величина биомассы почвенных беспозвоночных возрастает от таксона Ai к таксону А3. Самые высокие значения биомассы наблюдались в весенних сборах на таксоне Ai (в среднем за три года 75,0 г/м2), затем осенних (49,0 г/м2) и меньше всего летом из-за засушливости периода (21,0 г/м2).

Видовой состав педобионтов зависит от положения ландшафтного таксона в рельефе. На окраине плакора обнаружены представители 16, в верхней части склона -21, нижней -38 видов почвенных беспозвоночных. Проведение кластерного анализа видового состава почвенной мезофауны пашни таксонов полигона позволило выявить коэффициенты видового сходства. Наиболее близкое видовое сходство (около 38 %) по всем группам собранных животных наблюдается на неудобренной пашне между таксонами А2 и A3. Таксон А] имеет сходство по видовому составу с таксонами А2 и А3 только на 27 %.

В почвах агрофитоценозов неудобренной пашни выявлены доминирующие группы. К супердоминантам относится кивсяк серый (Rossiuliis kesslerí) с коэффициентом обилия Ко=13,88. Более обильные сборы дождевых червей и кивсяков наблюдаются в периоды достаточного увлажнения весной и осенью. К видам-доминантам относятся: жужелица волосистая (Harpalus rufipes, Ко=9,09), жужелица хлебная (Zabrus tenebrioides, Ко=6,46), птеростих черный (Pterostichus niger, Ко=6,22). К субдоминантам (обычным) видам принадлежат: тускляк бронзовый (Amara аепеа, Ко=4,78), бегун медный (Poecilus cupreus, Ко=4,78), птеростих обыкновенный (Pterostichus melanaiihis, Ко=4,55), коровка семиточечная (Coccinella septempiinctata, Ко=3,35), мертвоед красногрудый (Oiceoptoma thoracicum, Ко=3,11), тускляк яйцевидный (Amara ovala, Ко=2,15). Таким образом, в неудобренной пашне преобладают вредители полевых культур и хищники. Общими для всего полигона «Агроландшафт» являются представители родов Amara и Pterostichus.

Почвенная мезофауна биоэкосистем агростепи. Биоэкосистемы буферных полос агростепи являются восстановленными участками целинной растительности с добавлением сортовых трав. Они составляют часть экологического каркаса полигона «Агроландшафт», выполняя функции защиты почвенного покрова от водной эрозии на склонах, повышения естественного биоразнообразия, способствуя возврату в агроландшафт естественной фауны беспозвоночных. Анализ состояния почвенной среды показал, что самые бедные почвы под агростепными полосами залегают на окраине плакора (табл. 3).

Таблица 3 — Условия почвенной среды в биозкосистемах агростепи полигона «Агроландшафт»

Таксон рН Гумус, % р2о5 к2о

мг/кг обеспеченность мг/кг обеспеченность

Окраина плакора (АО 6,81 2,45 8,6 очень низкая 158 низкая

Верхняя часть склона (А2) 6,59 3,04 9,6 очень низкая 185 низкая

Нижняя часть склона (А3) 7,38 3,45 21,2 средняя 347 повышенная

Вниз по ландшафтной катене они становятся более плодородными с большей мощностью гумусового слоя, более высоким содержанием гумуса (от 2,45 до 3,45 %) и питательных веществ.

Видовой состав почвенной мезофауны полос агростепи занимает промежуточное положение между агрофитоценозами пашни и полезащитных лесных полос и насчитывает 62 вида: 35 — фитофагов-вредителей, 18 — хищников, 9 — почвообразо-вателей. На окраине плакора обнаружены представители 58 видов, в верхней части склона — 52, в нижней части — 42. В биоэкосистемах агростепных полос доминируют мертвоед темный (Silpha obscura, Ко=11,1), кивсяк серый (Rossiulus kessleri, Ко=8,09). Наиболее специфичными видами, не встречающимися в биоэкосистемах пашни, являются следующие: корнеед шелковистый (Dorcadion holosericeum, Ко=6,63), корнегрыз прямоугольный {Dorcadion paralepioides, Ко=6,38), корнегрыз предкавказский (D. ciscaucasicus, Ко=5,13). Типичным для всего полигона является птеростих черный (Pterostichus niger, Ко=3,79). Биоразнообразие почвенных животных в таксонах катены различно. Так, виды Sipha obscura и Rossiulus kessleri, а также особи рода Dorcadion являются доминантами для всех буферных полос, а Pterostichus niger — только для агростепи таксона А]. Для таксонов А] и А2 субдоми-нантом является вид Harpalus rufipes с Ко=3,59, для таксонов Аь А2, А3 - Poecilus cupreus с Ко=4,78. Blaps lunifera также встречается от таксона Ai до Аз с Ко=2,63 и тоже относится к субдоминантам.

Буферные полосы многолетних трав за десять лет существования оказали оптимизирующее влияние на физические и химические свойства почвы, способствовали созданию более благоприятного водно-воздушного режима почв, что привело к увеличению численности почвенных животных по сравнению с пашней на 117 (АО - 159 (А2) экз/м2 (рис. 2).

На таксоне Аз под агростепью их количество превышало неудобренную пашню на 142 экз/м2 (табл. 4).

Мезофауна почв экологического каркаса отличается не только более богатым биоразнообразием и высокой численностью, но и значительной биомассой, которая варьирует от 106,9 на окраине плакора до 141,5 в верхней части склона и 155,3 г/м2 в нижней его части. Здесь основная биомасса почвенной мезофауны приходится на весенние сборы. Если рассмотреть распределение средних показателей биомассы по годам, то самые скудные сборы по биомассе почвенных животных отмечались в засушливом 2007 г.

Окраина плакора Верхняя часть склона Нижняя часть склона

Рис. 2 — Количество представителей почвенной мезофауны на неудобренной пашне и в агростепи на полигоне «Агроландшафт» (среднее за 2006-2008 гг.), экз/м2

Таблица 4 - Количество почвенных беспозвоночных в биоэкосистемах агростепи по сезонам года на полигоне «Агроландшафт», экз/м2

Таксоны агроландшафта

Сезон Год Окраина плакора Верхняя часть Нижняя часть

(А,) склона (А2) склона (Аз)

М±ш У,% М±т М±т V, %

2006 488±17,1 3,8 624±41,2 6,6 564±20,8 3,7

Весна 2007 64±12,8 20 8±3 3,7 110±19,2 17,4

2008 488±16,6 3,6 448±19,5 9,9 490±18,1 3,6

Среднее 346,6± 141,5 40,8 360±183,4 50,9 388± 140,7 36,3

2006 256±8,5 3,3 196±10,4 14,1 352±37,4 10,6

Лето 2007 40±12,4 3,1 134±37,4 7,4 196±19,5 9,9

2008 196±19,5 9,9 352±25,1 10 416±37,4 8,9

Среднее 164±64,4 39,3 227,3±64,9 28,6 321,3±65,4 20,3

2006 64±7,4 8,8 384±14,2 3,6 80±7,4 9,2

Осень 2007 80 ±8 10 176±6,7 3,8 98±7,6 7,8

2008 248±9,1 3,6 226±24,1 10,6 490±18,1 3,6

Среднее 130,6±58:9 45,1 262±62,7 23,9 222.6± 133,9 60,2

Среднее за год 213,7±101,4 47,5 283,1 ±20,7 7,32 310,6±63,8 20,5

Между буферными полосами агростепи наблюдается высокое сходство геобион-тов по коэффициенту Жаккара. Таксон А2 сходен с таксоном А3 по видовому составу на 45 %, А) - 42 %. Буферные полосы агростепи являются рефугиумами для биоты, где она укрывается от различных неблагоприятных природных и антропогенных воздействий. В почвах буферных полос агростепи выше процент выживания личинок вредителей, хищников и других фаунистических экологических групп.

Так как почвенные и растительные условия в восстановленных на основе дикорастущих степных видов защитных полосах агростепи приближены к условиям естественных ландшафтов, происходит формирование и поддержание комплекса видов, характерных для лесостепной зоны.

Почвенная мезофауна биоэкосистем полезащитных лесных полос. Полезащитные лесные полосы являются устойчивой искусственно созданной биоэкосистемой, где достаточное количество пищи и хорошие водно-физические свойства почвы создают самые благоприятные условия для почвенной биоты. Наличие полезащитных лесных полос в структуре экологического каркаса современных агроландшафтов снижает дефляцию и эрозию, увеличивает биоразнообразие, повышает устойчивость биоценозов.

Состояние среды обитания почвенной мезофауны в биоэкосистемах лесных полос отличается по показателям почвенного плодородия. На полигоне «Агроландшафт» количество гумуса в почвах под лесными полосами в слое 0-20 см больше, чем в пашне на таксоне А1 на 0,57 %, А2 - 0,90 %, А3 - 0,24 %. Под лесными полосами отмечено более высокое, чем на неудобренной пашне, содержание подвижного фосфора и обменного калия - на 2,1-11,6 и 36-162 мг/кг соответственно. Почвы на окраине плакора содержали 3,09 % гумуса, в верхней части склона 3,52 %, в нижней 3,47 %. Количество подвижного фосфора варьировало по полигону от 14,6 до 24,2 мг/кг, обменного калия, в пределах 195-370 мг/кг.

Именно биоэкосистемы полезащитных лесных полос по численности и видовому разнообразию представителей почвенной мезофауны оказались самыми обильными, содержащими 55 % от всех сборов беспозвоночных по полигону «Агроландшафт». На всех таксонах в почвах полезащитных лесных полос преобладают геобионты, доля которых снижается от таксона А, к таксону А2 и А3 с 75,9 до 70,9 %. Хотя их численность и возрастает в этом направлении от 356 до 363 и 499 экз/м2 соответственно. Второе место по численности занимают герпетобионты, количество которых увеличивается вниз по склону от 89 (АО до 99 (А2) и 156 (А3) экз/м2. Возрастает и их доля - от 19,0 до 20,2 и 22,1 % соответственно. Меньше всего обнаружено хортобионтов, количество которых на окраине плакора (АО составляет 24, в верхней части склона (А2) 29 и, наконец, в нижней части склона (А3) 49 экз/м2, что на 25 экз/м2, или в 1,96 раза больше, чем в почвах окраины плакора. Вниз по катене доля хортобионтов возрастает: от 5,1 (АО до 5,9 (А2) и 7,0 % (А3).

Характерной чертой распределения почвенного населения защитных лесных полос является выраженная ярусная структура с высокой относительной численностью обитающих в лесной подстилке беспозвоночных. Здесь превалируют как по численности, так и биомассе дождевые черви, кивсяки и жужелицы. Эти три группы составляют 68,7 % от весенних, 68,5 % летних и 59,3 % осенних отборов.

Как показали трехлетние наблюдения, максимальное количество беспозвоночных на полигоне «Агроландшафт» наблюдалось в почвах полезащитной лесной полосы, расположенной в нижней части склона (А3) - 704 экз/м2, затем А2 - 491 и А] - 469 экз/м2 (табл. 5).

В течение года их количество по-разному распределялось по ландшафтным таксонам. Так, весной максимум почвенных животных - 674 экз/м2, как и в среднем за 12

год, наблюдался в нижней части склона, затем на окраине плакора - 586 и меньше всего - 448 экз/м2- в верхней части склона. В то время как летом и осенью количество беспозвоночных постепенно возрастало от таксона А) к таксону А3: в летний период от 448 до 505 и 793 экз/м2, осенью - с 373 до 520 и 644 экз/м2.

Таблица 5 - Среднее количество беспозвоночных в бноэкосистемах полезащитных лесных полос на полигоне «Агроландшафт», экз/м

Таксоны агроландшафта

Сезон Год Окраина плакора (А,) Верхняя часть склона (А2) Нижняя часть склона (Аз)

М±ш V,% М±т V,% М±ш V,%

2006 576±18,1 3,1 576±25,2 4,3 724±22,9 3,1

Весна 2007 112±17,6 15,7 208±9,1 4,3 186±28,3 15,2

2008 1072±14,8 38,1 560±15,1 2,6 1114±15,1 1,3

Среднее 586,6±277,5 47,3 448± 120,2 26,8 674,6±269,3 39,9

2006 562±7,6 36,5 442±31,2 7,1 880±34,2 3,8

Лето 2007 340±10,3 3,4 195±19,5 9,9 442±31,2 7,1

2008 442±31,2 7,7 880±34,2 3,8 1058±16,9 1,6

Среднее 448±64,2 14,3 505,6±200,5 39,6 793,3±183,2 23,1

2006 576±26.5 4,6 512±8,5 1,6 594±25,9 4,3

Осень 2007 188±22,5 12,1 528±12,4 2,3 224±25,2 10,3

2008 356±16,2 4,5 522±11,6 2,2 1114±15,1 1,3

Среднее 373,3±112,4 30,1 520,6±4,6 0,89 644±258,4 40,1

Среднее за год 469,3±93,6 19,9 491,4±68,3 13,9 704±122,0 17,3

Видовой состав почвенной мезофауны биоэкосистем полезащитных лесных полос насчитывает 59 видов, относящихся к различным группам беспозвоночных. На окраине плакора обнаружены представители 55, в верхней - 42 и нижней части склона - 43 видов.

Из общей численности почвенных беспозвоночных, обнаруженных на полигоне в лесных полосах, па окраину плакора (А,) приходится 29,1 % всех животных, верхнюю часть склона (А2) - 29,3 %, нижнюю часть склона (А3) - 41,6 %. Общими для всей территории «Агроландшафт» являются представители родов Атага и Pterostichus, которые выступают полидоминантными видами как на пашне, в почвах полевого севооборота, так и в агростепных и лесных полосах.

К доминантам относятся виды: Rossiulus kessleri (Ко=8,09), Poecilus cupreus (Ко=4,78), Zabrus tenebrioides(Ko=3,23), Pterostichus niger (Ko=2,79), Oniscidea (Ko=2.63), Staphilimts caesareus (Ko=2,39), Thanatophilus rugosits (Ko=2,16), Brachinus crepitans (Ko=1.67). В защитных лесных полосах обнаружены такие редкие для полигона виды, как Calosoma inquisitor (Ко=0,24). Здесь чаще встречаются представители семейства Pyrrhocoridae, особенно на таксонах А3 и А2, а также Pentatamidae, Reduviidae и Miridae. Экологической нишей Reduviidae и Aliridae служат лесная подстилка, кусты и деревья.

По коэффициентам сходства Жаккара лесные полосы по видовому составу почвенных беспозвоночных на различных таксонах выделяются из общей тенденции полигона «Агроландшафт»: наибольшие различия обнаруживаются между близко расположенными таксонами А1 и А2 - около 70 %, наименьшие - между А1 и А3 - 54 %.

В условиях полигона «Агроландшафт» выявлена довольно высокая корреляционная связь между видовым составом почвенных беспозвоночных и видовым разнообразием созданных биоэкосистем агростепи и полезащитных лесных полос. Для агростепи коэффициент корреляции равен 0,98±0,04 при Р<0,05. В лесных полосах эта связь менее значительна, но существенна: коэффициент корреляции составляет 0,57±0,17 при Р<0,05. На окраине плакора, где растительное сообщество представлено 32 видами дикорастущих трав, обнаружено 16 видов почвенных беспозвоночных. В верхней части склона растительное видовое многообразие возрастает до 40 и количество видов почвенной мезофауны увеличивается в 2 раза до 32. На таксоне Аз наблюдается снижение количества видов растений до 34 и почвенных обитателей до 17. Таким образом, более сложной структуре лесного сообщества соответствует и более сложная организация сообществ почвенной мезофауны. В полезащитных лесных полосах максимальное количество видов растений — 37 и почвенных животных - 30 отмечается на окраине плакора. Таким образом, на полигоне «Агроландшафт» наиболее богатый видовой состав и самая высокая численность представителей почвенной мезофауны наблюдается в агро-степных и особенно лесных полосах.

Почвенная мезофауна природных естественных биоэкосистем леса. Исследования проводились на территории Изобильненского района в условиях окраины плакора на участке дубово-ясенево-грабового леса с ярко выраженным 3-ярусным распределением растительности с полнотой 0,7, проективным покрытием приземного яруса 65 %. Участок является типичным по составу древесной и травянистой флоры для Ташлянского ландшафта байрачных лесостепей. Ввиду слабой выраженности антропогенной нагрузки изменения состояния естественной растительности крайне незначительны.

Почвы участка естественного леса представлены черноземами маломощными слабощебенчатыми слабокаменистыми легкосуглинистыми с нейтральной реакцией (рН=7,19), содержанием гумуса 2,75 %. Обеспеченность почв подвижным фосфором и обменным калием низкая — 10,6 и 135 мг/кг соответственно.

В течение 3 лет (2006-2009 гг.) на территории этого лесного участка было отобрано всего 14400 представителей почвенной мезофауны, в различные сезоны в пределах 240 (осень 2007 г.) - 784 экз/м2 (лето 2008 г.).

Участок естественного леса характеризуется богатым видовым многообразием почвенных беспозвоночных, насчитывающем 91 вид. Так как ключевой участок леса находится на границе со степным участком, то здесь отмечены типично лесные виды, на границе экотона - переходные и типично степные. Здесь много хищников, а также фитофагов-вредителей. Структура почвенной мезофауны естественного лесного участка выглядит следующим образом: 23 % от всех сборов приходится на 5 видов дождевых червей, 16 % составляют кивсяки, 12 % — личинки различных видов, по 8 % приходится на мокриц, жужелиц (28 видов) и геофилов, 4 % - клопов (9 видов) и ста-филинид, по 3 % — на уховерток, моллюсков и костянок. Прочие группы насчитывают от 2 и менее процентов всего животного населения почв.

Изучение сезонного распространения почвенных беспозвоночных в течение 2008 г. показало, что их максимум приходится на летний период - 50,3 %, в то время как весной - 22,5 % и осенью — 27,2 % соответственно (табл. 6). Меньше всего жи-

вотных обнаружено осенью 2007 г. — 240 экз/м2, что в 1,8 раза меньше, чем в более благоприятных условиях осени 2008 г.

Сравнение почвенной мсзофауны в биоэкосистемах естественного леса и полезащитных лесных полос свидетельствует о наличии сезонных различий в их количестве. В среднем за 2008 г. в естественном лесу обнаружено 520 экз/м2 беспозвоночных, в то время как в полезащитной лесной полосе, произрастающей в аналогичных условиях окраины плакора (в среднем за 3 года наблюдений), на 51 экз/м2 меньше - 469 экз/м2.

Таблица 6 - Среднее количество почвенных беспозвоночных в биоэкосистеме естественного леса, экз/м2

Сезон Год М±ш V,% %

Весна 2008 352±10,5 29 24

Лето 2008 784±11,3 14 53,4

Осень 2007 240±10,5 В среднем 332 4,3 22,6

2008 424±88 20,7

Год Всего 1468 100

Среднее 489,3±117,5 26,1

Меньше почвенных беспозвоночных в почвах лесной полосы содержалось в летний - на 336 экз/м2 и осенний-на 51 экз/м2 - периоды, или на 43 и 12% соответственно. Причем более резкое различие (на 43 %) наблюдалось в самый экстремальный период - летом, когда длительны бездождевые периоды и в почве отмечается дефицит влаги, негативно влияющий на мезофауну. По-видимому, в лесном массиве засуха проявляется менее интенсивно: здесь больше накапливается снега и он медленнее тает весной, а температура воздуха несколько ниже, чем в полезащитной лесной полосе. Таким образом, в естественном лесу летом складываются более благоприятные условия для почвенной мезофауны.

Весной, наоборот, численность почвенных беспозвоночных была на 234 экз/м2, или 66 %, больше в полезащитной полосе, чем в лесу, что, по-видимому, связано с более быстрым прогреванием почвы в небольших искусственных посадках по сравнению с лесным массивом и более ранним возобновлением жизнедеятельности почвенных животных.

Почвенная мезофауна природных естественных биоэкосистем пастбища. Исследования проводились на пастбище с естественной степной растительностью, рас-положешюм на окраине плакора в Изобильненском районе. Почвенный покров участка представлен черноземами обыкновенными маломощными слабощебенчатыми слабокаменистыми легкосугпинистыми слабогумусированными. Реакция почвенной среды слабощелочная: рН=7,9. Количество гумуса на целинном участке составляет около 2 %. Обеспеченность почв подвижным фосфором очень низкая - 8,2 мг/кг, обменным калием низкая - 155 мг/кг. Вскипание от 10 % HCl наблюдается на глубине 15-20 см.

Минимальные отборы приходились на осень 2007 г. и составляли 176 экз/м2. Почвенно-зоологические исследования показали наличие 130 видов крупных беспозвоночных. Весенние сборы 2008 г. были немного больше (на 32 экз/м2) летних. Такая незначительная разница объясняется достаточным увлажнением в течение всего вегетационного периода. Самые большие сборы беспозвоночных (886 экз/м2) отмечены осеггью 2008 г., они были в 5 раз больше, чем осенью 2007 г. (табл. 7).

Таблица 7 —Среднее количество почвенных беспозвоночных в биоэкосистеме

пастбища, экг/м2

Сезон Год М±ш V,% %

Весна 2008 288±13,8 4,8 26,8

Лето 2008 256±20,9 8,1 23,8

Осень 2007 176±12,8 В среднем 531 7,2 49,4

2008 886±47,2 53,2

Среднее за год 358,3±123,2 40,6 100

Наблюдаются сезонные изменения структуры сообщества почвенных беспозвоночных. Осенью 2007 г. преобладали жужелицы - 40 экз/м2 (22,7 %), затем личинки -28 экз/м2 (15,9 %), клопы - 24 экз/м2 (13,6 %). Осенью 2008 г. в связи с равномерным достаточным увлажнением произошли изменения в структуре почвенной мезофауны: в сборах преобладали моллюски — 310 экз/м2 (35 %), второе место по численности занимали кивсяки - 172 экз/м2 (19,4 %), затем дождевые черви - 82 экз/м2 (9,3 %), личинки — 72 экз/м2 (8,1 %), стафилины и жужелицы - по 44 экз/м2 (5 %).

Весной 2008 г. в структуре почвенной мезофауны преобладали дождевые черви -68 экз/м2, или 23,6 %, затем представители семейства усачей — 44 экз/м2 (15,3 %), отряда кивсяков - 38 экз/м2 (13,2 %). Летом также отмечалась высокая доля дождевых червей - 56 экз/м2 (21,9 %), усачей - 44 экз/м2 (17,2 %), кивсяков - 42 экз/м2 (16,4 %), жужелиц - 36 экз/м2 (14,1 %), моллюсков - 22 экз/м2 (8,6 %), клопов - 10 экз/м2 (3,9 %) и остальных групп — от 3,1 до 0,8 %.

В природном почвенном сообществе пастбищ осенью и весной встречается достаточно много наземных моллюсков — от 8 до 34 %, среди которых выделяются три доминирующих вида: Chondrula tridens, Helicella reíowski, Monacha perfequetis; a также дождевых червей, мокриц и кивсяков, являющихся основными почвообразо-вателями. Кроме того, наблюдается довольно значительное количество личинок жуков - 11-16 % и небольшое — вредителей. Высокий процент хищных видов (40 %) отмечается среди жужелиц. Это свидетельствует о стабильной сбалансированности биоэкосистемы пастбища.

В четвертой главе дана оценка воздействия на почвенную мезофауну минеральной системы удобрений на различных таксона?; полигона «Агроландшафт», а также длительного систематического внесения различных видов и доз минеральных удобрений на плакоре лесостепных агроландшафтов. В условиях степных агроландшафтов проведено сравнение воздействия двух различных систем удобрений (минеральной и органической) на почвенных животных.

Под действием систематического применения агрохимикатов происходит изменение свойств среды обитания почвенной мезофауны. Как показали исследования С. Н. Шкабарда (2011), применение различных доз полного минерального удобрения привело к подкислению почв на всех таксонах полигона «Агроландшафт». В почвах пашни увеличились резервы калия и фосфора. В то же время многолетнее внесение удобрений не оказало существенного влияния на содержание гумуса.

Улучшение условий питания возделываемых сельскохозяйственных культур при внесении полного минерального удобрения N6oP6oK6o на всех таксонах привело к увеличению общей численности представителей мезофауны независимо ог сезона года. Весной в среднем за три года наблюдений (2006-2008 гт.) численность почвенной

мезофауны на этом варианте возросла по сравнению с контролем на окраине плакора на 139 экз/м2, в верхней части склона - 35 экз/м2, нижней - 134 экз/м2, или на 93; 18 и 74 % соответственно. Летом разница в количестве почвенных беспозвоночных составляла на таксоне А, - 74 экз/м2 (176 %), А2- 69 (86 %) и А3- 115 экз/м2 (89 %). Осенью на варианте >]6оР6цК6о на окраине плакора и в верхней части склона количество почвенных беспозвоночных мало отличалось от контрольных значений, в то время как в нижней части склона (Аз) количество животных было на 53 экз/м2 (27 %) больше, чем на неудобренной пашне. В среднем за год при систематическом применении К6оР6оК6о число беспозвоночных превышало контроль на таксоне А1 на 71, А2 - 39 и А3 — 100 экз/м2, или на 73; 31 и 59 % соответственно (табл. 8).

Таблица 8 — Количество почвенных беспозвоночных при внесении ^оРбоКбо в агрофнтоценозах пашни полигона «Агроландшафт», экз/м2

Сезон Год Таксоны агроландшафта

Окраина плакора (А,) Верхняя часть склона (А2) Нижняя часть склона (Аз)

М±ш V, % М±т У,% М±ш

Весна 2006 368±32,8 8,9 336±17,6 5,2 464±41,2 8,8

2007 64±7,4 11,5 30±4,7 15,7 8±4,2 5,3

2008 432±18,1 4,2 336±18,6 5,5 476±21,3 4,5

Среднее 288±113,6 39,4 234±102,1 43,6 316± 154,2 48,8

Лето 2006 192±8,5 4,4 134±10 7,4 244±45,8 18,7

2007 22±6 2,1 72±10 13,9 134±10 7,4

2008 134±10 7,4 244±45,8 18,7 352±37,4 10,6

Среднее 116±49,9 43,0 150±50,3 33,6 243,3±63,0 25,9

Осень 2006 108±7,3 6,7 112±7,4 6,6 146±9,7 6,7

2007 96±7,4 7,7 144±9.6 6,6 122±7,4 6

2008 86±13,5 15,6 64±8 12,5 476±21,3 4,5

Среднее 96,6±6,3 6,6 106,6±23,2 21,9 248±114,3 46,1

Среднее за год 166,8±4 28,2 163,5±38,3 23,5 269,1±59,4 22,1

При внесении полного минерального удобрения на варианте Т^гоР^оКпо в среднем за год согласно трехлетним наблюдениям на таксонах А] и Аз почвенных животных было на 35-44 экз/м2 (16,3-26,6 %) меньше, чем при внесении №,оРбоКбо- В верхней части склона разница в содержании почвенных беспозвоночных на варианте М12оР12оК12о по сравнению с контролем незначительна (4 экз/м2) и на 43 экз/м2 (26 %) меньше, чем на делянках с внесением ^оРбоКбо- На варианте М^оР^оК^о весной в среднем за три года наблюдался прирост численности почвенных беспозвоночных по сравнению с контролем в нижней части склона на 106 экз/м2, или 58 %, на окраине плакора — 91 экз/м2, или 61 %.

В то время как в верхней части склона применение высоких доз минеральных удобрений способствовало снижению количества животных на 50 экз/м2, или на 25 %. По

сравнению с вариантом ^оРбоКво на окраине плакора численность беспозвоночных снизилась от внесения М^оРпоК^о на 48 экз/м2 (17 %) и в нижней части склона на 28 экз/м2 (9 %) (табл. 9).

Таблица 9 — Изменение количества почвенных беспозвоночных при внесении Г^оР^оКпо в агрофитоценозах пашни «Агроландшафта», экз/м2

Сезон Год Таксоны агроландшафта

Окраина плакора (А,) Верхняя часть склона (Ао) Нижняя часть склона (Аз)

М±т У,% М±т У,% М±т У,%

Весна 2006 224±30,8 13,7 176±11,3 6,4 282±38,7 13,7

2007 64±7,4 11,6 32±3 9,4 110±13,3 12,1

2008 432±18,2 4,2 240±16,6 6,9 472±20,7 4,3

Среднее 240± 106,7 44,4 149,3±61,6 41,2 288±104,7 36,3

Лето 2006 112±4,3 3,8 92±18,5 20,1 192±23 11,9

2007 48±5,2 10,9 72±10 13,9 92±18,4 20,1

2008 92±18,4 20,1 192±23 11,9 202±22,8 11,3

Среднее 84±18,9 22,5 118,6±37,2 31,3 162±35,1 21,7

Осень 2006 124±11,2 8,9 64±6,7 10,5 158±11,4 7,27

2007 32±7,4 7,7 112±9,6 8,5 48±7,4 15,4

2008 54±5,1 9,6 102±21,3 20,9 472±20,7 4,4

Среднее 70±27,8 39,7 92,6±14,6 15,8 226±127,2 56,3

Среднее за год 131,3±42,2 32,1 120,2±22,7 18,9 225±51,9 23,0

Летом от действия высоких доз удобрения на всех таксонах ландшафта наблюдалась одинаковая закономерность: количество представителей почвенной мезофауны было на 33-42 экз/м2 (26-100 %) больше, чем на контроле, и на 31-81 экз/м2 (21-33 %) меньше, чем на вариантах с более умеренными дозами удобрений СМвоРбоКбо)- Осенью при внесении повышенных доз полного минерального удобрения З^гоР^оКтго наблюдалось снижение численности беспозвоночных по сравнению с неудобренной пашней в среднем за три года на окраине плакора на 28 экз/м2 (29 %). В то время как в верхней части склона их количество практически не отличалось от контрольных значений; в более плодородных почвах нижней части склона численность беспозвоночных на 31 экз/м2 (16 %) превышала контроль.

Применение удобрений оказывает влияние не только на численность почвенных животных, но и на величину их биомассы. Наибольшая биомасса на всех таксонах ландшафта отмечалась в среднем за три года при внесении умеренных доз минеральных удобрений (ЫбоРбоКсю) в нижней части склона - 134,5 г/м2, затем в верхней -98,2 г/м2 и, наконец, на окраине плакора — 83,4 г/м2. При внесении более высоких доз 120Р120К120) снижается и величина биомассы на 22; 26,1 и 17,7 г/м2 соответственно.

Таким образом, наиболее негативное воздействие на величину этого показателя высокие дозы удобрений оказывали на таксоне А2.

По видовому составу почвенной мезофауны варианты N^oPóoKóo и N120P120K120 сходны между собой на каждом таксоне, различия наблюдаются только в численности общих видов. Наблюдается также небольшой сдвиг в сторону увеличения видов фитофагов-вредителей, особенно на вариантах Ni2oPi2oKi2û- Характер доминирования видов на вариантах NsoPeoKeo и N120P120K120 не изменяется. Доминируют: жужелица волосистая (Harpalus rufipes, Ко=10,09), жужелица хлебная (Zabrus tenebrioides, Ко=9,46), птеростих черный (Pterostichus niger, Ко=6,1).

Многолетнее применение удобрений на агрохимическом стационаре ФГБНУ Ставропольский НИИСХ по-разному влияет на численность представителей мезофауны. Одностороннее систематическое ежегодное использование возрастающих доз азотных удобрений (N60—N18o) привело к снижению численности почвенных животных, что связано с подкислением почв (снижение рН по сравнению с контролем на 0,24-0,57, буферной полосой трав - на 0,47-0,8), уменьшением содержания гумуса на 0,29-0,35 %. На азотном блоке количество жуков в зависимости от варианта снизилось в 2,5 (N120) и 5,0 раз (Neo), дождевых червей, играющих важную роль в почвообразовании, - в 1,2 (Neo), 6,0 (N120) и 24 раза (Niso). При одностороннем внесении фосфорных туков, которые тоже приводят к подкислению почв на 0,10-0,49 по сравнению с контролем, отмечается также угнетающее воздействие на общее количество представителей мезофауны, которое снизилось по сравнению с контролем со 188 до 68 экз/м2 (Р60), 44 экз/м2 (Р120) и 32 (Р180) экз/м2. На фосфорном блоке численность жуков уменьшилась более значительно - в 3,8 (Peo) и 5,0 (Р120) и 7,5 (Piso) раза, в то время как дождевых червей, так же как и при одностороннем внесении различных доз азотных удобрений, в 1,2 (Peo) и 24,0 (Piso) раза.

При ежегодном использовании азотно-фосфорных удобрений при наибольшей продуктивности возделываемых культур общая численность геобионтов зависела от количества вносимых удобрительных средств. И если на вариантах N120P6O, N6oPi2oH N120P120 количество животных было меньше, чем на контроле, на 108; 132 и 120 экз/ м2 соответственно, то при более высоких дозах азотно-фосфорных туков — N120P18O, N180P120 составляло 76 и 113 экз/м2, что на 112 и 75 экз/м2, или на 59,5 и 39,8 %, меньше контрольных значений. При совместном использовании азотно-фосфорных удобрений количество жуков снизилось по сравнению с контролем (без удобрений) в 1,6 (P120N180) и 15,0 (P120N120) раз, а дождевых червей, наоборот, возросло в 1,1-1,7 раза.

Самые низкие показатели биомассы беспозвоночных наблюдались на пашне на азотном блоке - 7,7 г/м2, фосфорном - 10,1 г/м2, на контроле - 25,4 г/м2. Таким образом, систематическое более сбалансированное применение минеральных удобрений (с использованием и азотных, и фосфорных) оказывает меньшее негативное воздействие на почвенных животных по сравнению с односторонним внесением удобрительных средств (только азотных или фосфорных).

Изучение влияния различных систем удобрений Fia почвенную мезофауну, проводимое в Расшеватско-Егорлыкском степном ландшафте, показало, что наиболее благоприятные экологические условия среды обитания для геобионтов складываются при применении органических удобрений. Реакция почвенной среды при использовании органической системы удобрений - нейтральная (рН=6,5), минеральной -слабощелочная (рН=7,9). В результате систематического внесения органических удобрений количество гумуса возросло до 5,17 %, что на 1,35 % больше, чем при применении минеральных удобрений, количество подвижного фосфора увеличилось на 9,1 мг/'кг.

Различные системы удобрений определяют изменения в количественном составе мезофауны. При применении органической системы удобрений по сравнению с минеральной количество животных увеличивается в весенний отбор в 6,5—14,0 раз, осенний - 13—21 раз и в зависимости от местоположения (окраина или середина поля).

При применении органической системы удобрений повсеместно встречаются дождевые черви Оепс1гоЬаепа тогшроктчя и ВеМгоЬаепа $скпш1й хсктиШ, которые могут составлять до 90 % всей биомассы в пробе. Весной количество дождевых червей в пахотном слое при применении навоза в 6,0 раз больше, чем в лесной полосе, и в 25,8 раза-чем при использовании минеральных удобрений. Эти различия связаны с более благоприятными почвенными условиями, которые складываются при внесении значительного количества органических удобрений. В то же время применение лишь минеральных удобрительных средств приводит к снижению биоразнообразия почв, уменьшению численности полезных животных и увеличению количества вредителей сельскохозяйственных растений, особенно при наличии в севооборотах второй озимой пшеницы.

ВЫВОДЫ

1. Использование ландшафтного подхода позволило выявить закономерности изменения состава и численности почвенной мезофауны в современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия Центрального Предкавказья. Для почв лесостепных и степных агроландшафтов создана база данных распределения почвенной мезофауны в различных условиях почвенной среды, определяемых положением по-дурочищ в ландшафтной катене агроландшафтов, степенью антропогенной нагрузки, сезонными различиями внешних и внутренних факторов. В результате проведенных работ обследовано 55 площадок, отобрано 1480 проб с 364133 экз. почвообитающих беспозвоночных. Всего определено 130 видов почвенной мезофауны, относящихся к 5 классам, 9 отрядам, 35 семействам, 70 родам. Сформированный банк почвенно-зоологических данных может быть использован при дальнейшем мониторинге состояния почвенной биоты, определении экологически допустимых пределов антропогенных нагрузок на агроландшафты.

2. На основе крупномасштабного ландшафтного картирования с выделением морфологических единиц (фаций и урочищ) определены особенности почвенной среды, а также изучены количественный и видовой состав почвенной мезофауны в таксонах ландшафтных катен лесостепных агроландшафтов на базе полигона «Агроланд-шафт». Наиболее благоприятные условия для почвенной мезофауны складываются в самых плодородных почвах нижней части склона, где количество беспозвоночных в среднем затри года в 1,6 раза превышало их численность в относительно бедных почвах окраины плакора и в 1,4 раза — в промежуточных по уровню плодородия почвах верхней части склона. Положение ландшафтного таксона в катене определяет также видовой состав педобионтов: на окраине плакора обнаружено 16, в верхней части склона —21, нижней-38 видов почвенных беспозвоночных.

3. Ландшафтно-экологический подход позволил провести типизацию ландшафтно-экологических моделей биоэкосистем лесостепных и степных агроландшафтов. С учетом природных факторов и интенсивности природопользования выделено пять типичных моделей биоэкосистем почвенных беспозвоночных, отличающихся по качеству среды и набору педобионтов: агрофитоценозов пашни, агростепи, полезащитных лесных полос, естественных леса и пастбища. Особенности почвенной среды, характеризуемые показателями гумусированности, содержания карбонатов, подвижного 20

фосфора, обменного калня, рН, гранулометрического состава и микроклиматическими параметрами, определили качественный и количественный состав педобионтов в моделях биоэкосистем:

— почвенная мезофауна биоэкосистем агрофитоценозов пашни относительно малочисленна и представлена 41 видом крупных беспозвоночных, относящихся к 3 классам, 8 отрядам и 27 семействам. Преобладают типичные геобион-ты - дождевые черви, а также кивсяк серый, жужелица волосистая, жужелица хлебная, птеростих черный. Средняя за год численность беспозвоночных по полигону «Агроландшафт» на неудобренной пашне составляет 129 экз/м2;

— в биоэкосистемах буферных полос агростепи в сравнении с агрофитоцено-зами пашни отмечается увеличение численности (в среднем до 269 экз/м2), биоразнообразия и биомассы почвенных животных. Выявлены 62 вида: 35 — фитофагов-вредителей, 18 — хищников, 9 — почвообразователей. Доминируют мертвоед темный, кивсяк серый. Специфичными видами являются корнеед шелковистый, корнегрыз прямоугольный и предкавказский;

— биоэкосистемы лесных полос по видовому многообразию (65 видов, 48 родов, 27 семейств почвенных беспозвоночных) приближены к биоэкосистемам агростепи. В распределении почвенного населения выражена ярусная структура, с высокой относительной численностью обитающих в лесной подстилке беспозвоночных (в среднем 555 экз/м2). По численности и биомассе преобладают дождевые черви, кивсяки и жужелицы. Много таких редких видов, как Calasoma inqvisitor, чаще встречаются представители семейств Pyrrhocoridae, Pentatanidae, Redwiidae и Miridae;

— естественная биоэкосистема леса характеризуется значительным увеличением количества почвенных беспозвоночных (94 вида, 68 родов, 31 семейство) по сравнению с антропогенно нарушенными биоэкосистемами агроландшафтов. Представлены типично лесные, переходные и типично степные виды, много хищников, фитофагов-вредителей. Структуру сообщества составляют дождевые черви, кивсяки, личинки различных видов, мокрицы, жужелицы, геофилы, клопы, стафили-ниды, уховертки, моллюски. Средняя численность за год - 520 экз/м2;

— в почвенном сообществе пастбищ определено наличие 130 видов крупных беспозвоночных, относящихся к 70 родам и 35 семействам. Пастбища отличаются самой высокой средней численностью отборов — 886 экз/м2 и стабильной сбалансированностью сообщества почвенных беспозвоночных: доминируют наземные моллюски, дождевые черви, мокрицы и кивсяки, высокий процент хищных видов.

4. Рассмотрение влияния различных систем удобрений на почвенную мезофауну показало, что органическая система удобрений по сравнению с минеральной приводит к увеличению количественного и качественного состава почвенной мезофауны современных степных агроландшафтов. При применении органической системы удобрений в степном агроландшафте количество почвенных беспозвоночных в зависимости от сезона года в 4,9-8,6 раза больше, чем при использовании минеральных удобрений. Видовое разнообразие при органической системе удобрений увеличивается в 2 раза

Исследование воздействия различных видов удобрений на состояние почвенных беспозвоночных позволило выявить наиболее эффективные удобрительные средства для оптимизации экологического благополучия почв. Систематическое более сбалансированное применение азотных и фосфорных минеральных удобрений оказывает меньшее негативное воздействие на почвенных животных по сравнению с односторонним внесением только азотных или фосфорных удобрительных средств.

Сравнение состояния почвенной мезофауны при воздействии различных доз минеральных удобрений позволило определить оптимальные и провокационные для почвенных животных дозы удобрений. Максимальное положительное влияние на педобионтов оказывают минеральные удобрения в дозе М60РбоКбо- при которой их численность возрастает по сравнению с неудобренной пашней в 1,3 (А2) - 1,7 (А]) раза. Двойная дозаТ^гоР^оК^о менее благоприятна: количество почвенных беспозвоночных здесь на 16,4 (А3) - 26,4 % (А2) меньше, чем при внесении Ы60РбоКбо-

5. Изучение почвенной мезофауны в биоэкосистемах агроэкологического каркаса показало, что составные части экологического каркаса являются местом концентрации (убежищем) для почвенной мезофауны. В биоэкосистемах полезащитных лесных полос агроэкологического каркаса по сравнению с неудобренной пашней агрофито-ценоза численность беспозвоночных выше в зависимости от положения в рельефе в 3,9—4,9 раза. В почвах агростепи количество представителей почвенной мезофауны в среднем за 3 года было в 1,8-2,3 раза больше, чем на пашне без внесения удобрений.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России:

1. Годунова, Е. И. Состояние почвенной мезофауны на полигоне «Агроланд-шафт» в зависимости от интенсивности антропогенных нагрузок / Е. И. Годунова, М. Б. Патюта // Вопросы современной науки и практики: Науки о Земле. - 2008. - № 3 (13). - Т. 2. - С. 75-84.

2. Патюта, М. Б. Состав и численность почвенной мезофауны при длительном систематическом применении различных видов и доз минеральных удобрений на обыкновенных черноземах плакоров Ставропольской возвышенности / М. Б. Патюта, Е. И. Годунова, Н. Н. Шаповалова // Вопросы современной науки и практики: Науки о Земле. - 2009. - № 8 (22). - С. 27-32.

3. Патюта, М. Б. Состав и численность почвенной мезофауны при применении различных видов и доз минеральных удобрений / М. Б. Патюта // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского: Естественные науки. - 2011. — № 25. - С. 395-398.

В других изданиях:

4. Патюта, М. Б. Метод диагностики антропогенных нарушений с использованием мезофауны почв ландшафтов / М. Б. Патюта, В. В. Разумов // Университетская наука — региону: вопросы физической географии и краеведения : материалы 52-й научно-методической конференции. - Ставрополь, 2007. - С. 77—81.

5. Годунова, Е. И. Особенности воздействия различных систем удобрений на почвенную мезофауну в условиях степного ландшафта / Е. И. Годунова. М. Б. Патюта // Вестник Ставропольского государственного университета. — 2008. -№ 57 (4). - С. 68-72.

6. Годунова, Е. И. Влияние типа использования земель на почвенную мезофауну окраины плакоров ландшафтов байрачных лесостепей / Е. И. Годунова, М. Б. Патюта // Перспективы развития аридных территорий через интеграцию науки и практики. - М.: РАСХН, 2008. - С. 169-172.

7. Патюта, М. Б. Влияние минеральных удобрений на мезофауну черноземов в агроландшафте / М. Б. Патюта // Проблемы экологической безопасности и сохранение природно-ресурсного потенциала : материалы V Международной научно-практической конференции. - Ставрополь : Изд-во «Северный Кавказ», 2009.-С. 114-116.

Подписано в печать 19.12.2014. Формат 60x84 Vi6. Гарнитура «Тайме». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100. Заказ № 561.

Отпечатано в типографии нздательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15.