Dynamics of soil and hydrological conditions of the clay semi-desert of the Northern Caspian region

Abstract

The features of soil and hydrological conditions of the solonetzic complex of the semi-desert of the Northern Caspian region, a long-standing object at 70-year monitoring of their natural and anthropogenic transformations, were studied at the Dzhanybek Research Station of the Institute of Forest Science of the Russian Academy of Sciences. The classical works of Professor A.A. Rode  and the research led by Professor T.A. Sokolova  became the standard for comparison when conducting it at the present stage. The soils of virgin areas and meadow-chestnut soils of micro- and mesorelief depressions under separated forest stand and massive forest plantation, mainly of pedunculate oak and squat elm, were studied. The data of weather and climatic conditions were analyzed, the coefficient of humidification of the territory was calculated, the dynamics of groundwater levels, their chemical composition and mineralization were traced, the composition of water extract from soils was determined and supplies of easily soluble salts and chlorine ion by half-meter layers were calculated. Three significantly different periods of changes in soil and hydrological conditions caused by fluctuations of the groundwater table and changes in moisture content in the region have been identified. The modern stage, which began in the early 2000s, turned out to be the driest with a moisture coefficient of 0.24±0.07. Against this background, the rise of the groundwater level characteristic of the early 80s of the XXth century was replaced by its lowering. Under meadow-chestnut soils of virgin depressions at a groundwater level of 5.6±0.2 m and their average mineralization of 3.41±0.27 gl-1, at the present stage, the previously appeared tendency of their salinization has been preserved due to the accumulation of Cl-, Ca2+, Na+ ions in them. In the depressions of the micro- and mesorelief under the separated and massive forest stands, there is an increase in groundwater mineralization caused by high evapotranspiration of the trees, but due to the additional accumulation of snow by forest strips and the periodically flushing type of water regime with limited desuction, a root-accessible desalinated zone with a thickness of 350 and 250 cm, respectively, persists there now. The revealed patterns, covering a 70-year period of observations, allow a more reasonable approach to the creation of demanded landscaping in such unfavorable climatic conditions.

References

1.    Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д. Природная зональность продуктивности комплексной растительности на постхвалынской равнине Северного Прикаспия // Успехи современной биологии. 2018. Т. 138, № 2.
2.    Бухарева О.А., Быков А.В. Основные тенденции динамики населения позвоночных животных в глинистой полупустыне Заволжья с середины XVIII в. // Поволжский экологический журнал. 2019. № 2.
3.    Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М., 1998.
4.    Динесман Л.Г. Изменение природы северо-запада Прикаспийской низменности. М.–Л., 1960.
5.    Доскач А.Г. Природное районирование Прикаспийской полупустыни. М., 1979.
6.    Колесников А.В. Водный режим и водный баланс лугово-каштановых почв под колочными лесными насаждениями в Северном Прикаспии // Вестн. Поволжского гос-го технологического ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2019. № 4(44).
7.    Научное наследие Джаныбекского стационара. М., 2012.
8.    Оловянникова И.Н. Влияние лесных колков на солончаковые солонцы. М., 1976.
9.    Оловянникова И.Н., Линдеман Г.В. О причинах недолговечности культур вяза мелколистного на юго-востоке Европейской России в лучших условиях роста // Лесоведение. 2000. № 5.
10.    Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М., 1990.
11.    Роде А.А. Климатические условия района Джаныбекского стационара // Сообщ. лабор. лесоведения. М., 1959. Вып. 1.
12.    Роде А.А., Польский М.Н. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства // Тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1961. Т. 56.
13.    Сапанов М.К. Экология лесных насаждений в аридных регионах. Тула, 2003.
14.    Сапанов М.К. Синхронность изменения уровней Каспийского моря и грунтовых вод в Северном Прикаспии во второй половине ХХ в. // Известия РАН. Сер. географическая. 2007. № 5.
15.    Сапанов М.К. Экологические последствия потепления климата в Северном Прикаспии // Аридные экосистемы. 2018. Т. 24, № 1(74).
16.    Сапанов М.К. Особенности и экологические последствия потепления климата в полупустыне Северного Прикаспия // Поволжский экологический журнал. 2021. № 1.
17.    Сапанов М.К., Сиземская М.Л. Климатогенные ограничения аридного лесовыращивания // Лесоведение. 2020. № 1.  
18.    Сиземская М.Л. Современная природно-антропогенная трансформация почв полупустыни Северного Прикаспия. М., 2013.
19.    Сиземская М.Л., Бычков Н.Н. Солевое состояние лугово-каштановых почв Северного Прикаспия в условиях подъема уровня грунтовых вод // Почвоведение. 2005. № 5.
20.    Сиземская М.Л., Сапанов М.К. Особенности видового состава и состояния интродуцентов в дендрариях Джаныбекского стационара в полупустыне Северного Прикаспия // Растительные ресурсы. 2024. Т. 60, вып. 1.
21.    Соколова Т.А., Сиземская М.Л., Сапанов М.К. и др. Изменение содержания и состава солей в почвах солонцового комплекса Джаныбекского стационара за последние 40–50 лет // Почвоведение. 2000. № 11.
22.    Соколова Т.А., Сиземская М.Л., Толпешта И.И. и др. Динамика солевого состояния целинных почв полупустыни Северного Прикаспия в связи с многолетними колебаниями уровня грунтовых вод // Экологические процессы в аридных регионах. М., 2001.
23.    Соколова Т.А., Топунова И.В., Сиземская М.Л. и др. Эволюция солевого состояния солончаковых солонцов Северного Прикаспия в связи с динамикой уровня грунтовых вод (на примере почв Джаныбекского стационара) // Доклады по экологическому почвоведению. 2006. № 2, вып. 2.
24.    Толпешта И.И., Соколова Т.А., Сиземская М.Л. Сравнительная оценка влияния орошения и агролесомелиорации на солевое состояние почв солонцового комплекса Северного Прикаспия // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1997. № 1.
25.    IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. 2015. № 106.