Transfer and Accumulation of Biophilic Elements in Pasture Ecosystems of the Northern Caspian

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The scale and consequences of the transfer of biophilic elements from pasture ecosystems to sheep farms in the clayey semidesert of the Northern Caspian Sea region under the method of pastoralism accepted in the region (on the example of Stepnovsky settlement of Pallasovsky district of Volgograd region) were estimated. For the calculations, we used data on the chemical composition of dominant plants and sheep faeces, the long-term average productivity of phytocenoses, information on the rate of consumption of pasture forage by animals, etc. Soils of pastures and the reserve area, and soils on the sheep farm (in sheep corrals and in their resting places) were investigated. At least 17 t C, 600 kg Ca, 260 kg N, 100 kg Mg, 50 kg K, 40 kg P and 1 kg S were transferred to farms (0.1% of the area) from 1 ha of pasture (15% of the area) during the 6 months grazing season. The long-term stocks of faeces on farms (more than 1 thousand t in the example under consideration) are practically excluded from the circulation in the landscape. Small areas of farm soils are enriched with C, N, P and K. Compared with soils of the protected area, stocks of water soluble K increase (in the 0–30 cm layer) by two orders of magnitude, exchangeable K increases by 12–16 times, C by 8 times, N by 3 times, mobile P by 2 times. In grassland meadow-chestnut soils a decrease in the content of C (1.3 times) and exchangeable forms of K (1.6 times) relative to soils of the reserve area, in solonets on pastures decrease in the concentration of elements is not noted. The absence of statistically significant differences in the stocks of biophilic elements between the pasture soils and the soils of the protected area is partially explained by an increase in soil density by 0.08 g/cm3 in the 0–50 cm layer of the pasture soils. With the existing farming method, it is necessary to control the balance of biophilic elements in pasture soils.

About the authors

N. Yu. Kulakova

Institute of Forest Science Russian Academy of Science,

Author for correspondence.
Email: nkulakova@mail.ru
Russia, 143030, Moscow region, Uspenskoye village

G. G. Suvorov

Severtsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences

Email: nkulakova@mail.ru
Russia, 119071, Moscow

References

  1. Абатуров Б.Д. Пастбищный тип функционирования степных и пустынных экосистем // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. № 5. С. 435–448.
  2. Абатуров Б.Д. Плотность почвы как фактор формирования микрорельефа в полупустыне Cеверного Прикаспия // Почвоведение. 2007. № 7. С. 831–837.
  3. Абатуров Б.Д. Роль млекопитающих в минерализации растительной органики // 2-й съезд Всесоюзного Териологического общества. Пленарные доклады. М., 1979. С. 3–13.
  4. Абатуров Б.Д. Экологические последствия пастьбы копытных млекопитающих для экосистем полупустыни // Экологические процессы в аридных экосистемах. XIX чтения памяти академика В.Н. Сукачева. М.: РАСХН, 2001. С. 57–83.
  5. Абатуров Б.Д., Дмитриев И.А., Жаргалсайхан Л., Омаров К.З. Утилизация фитомассы и отложение экскрементов копытными млекопитающими на степных пастбищах Восточной Монголии // Известия Российской академии наук. Сер. биол. 2008. № 3. С. 350–359.
  6. Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д. Опыт количественной оценки продукции надземной фитомассы и ее составляющих на степном пастбище // Аридные экосистемы. 2013. Т. 19. № 4(57). С. 14–22.
  7. Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д. Природная зональность продуктивности комплексной растительности на постхвалынской равнине Северного Прикаспия // Успехи современной биологии. 2018. Т. 138. № 2. С. 208–217. https://doi.org/10.7868/S0042132418020096
  8. Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д., Кулакова Н.Ю. Первичная продуктивность степных растительных сообществ в комплексной полупустыне Северного Прикаспия // Успехи современной биологии. 2016. Т. 136. № 5. С. 438–448.
  9. Багринцева В.Н. Питание зерновых колосовых культур на каштановых почвах Ставрополья. М.: Международный институт питания растений, 2015. 111 с.
  10. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 272 с.
  11. Габченко М.В. Дистанционный мониторинг землепользования природоохранных объектов (на примере Джаныбекского стационара) // Аридные экосистемы. 2004. Т. 10. № 21. С. 57–61.
  12. Кулакова Н.Ю. Особенности круговорота биофильных элементов в подстилках экосистем полупустыни Северного Прикаспия // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1341–1352. https://doi.org/10.31857/S0032180X20110076
  13. Кулакова Н.Ю., Абатуров Б.Д., Нухимовская Ю.Д. Элементы круговорота С и N в природных и антропогенных экосистемах полупустыни Северного Прикаспия // Аридные экосистемы. 2017. Т. 23. № 1(70). С. 439–448.
  14. Кулик К.Н., Петров В.И., Юферев В.Г., Ткаченко Н.А., Шинкаренко С.С. Геоинформационный анализ опустынивания Северо-западного Прикаспия // Аридные экосистемы. 2020. № 2(83).https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10091
  15. Оловянникова И.Н., Сиземская М.Л., Сапанов М.К., Максимюк Г.П., Соколова Т.А., Базыкина Г.С. Повышение продуктивности полупустынных земель Северного Прикаспия. М.: МАИК “Наука/Интерпериодика”, 1989. 198 с.
  16. Роде А.А., Польский М.Н. Почвы Джаныбекского стационара, их морфологическое строение, механический и химический состав и физические свойства // Тр. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. М.: АН СССР, 1961. Т. 56. С. 3–214.
  17. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М.–Л.: Наука, 1965. 253 с.
  18. Сапанов М.К. Особенности и экологические последствия потепления климата в полупустыне Северного Прикаспия // Поволжский экологический журнал. 2021. № 1. С. 64–78. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2021-1-64-78
  19. Сапанов М.К. Экологические последствия потепления климата в Северном Прикаспии // Аридные экосистемы. 2018. Т. 24. № 1(74). С 20–31. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2018-00003
  20. Сапанов М.К., Сиземская М.Л. Изменение климата и динамика целинной растительности в Северном Прикаспии // Поволжский экологический журн. 2015. № 3. С. 307–320.
  21. Сапанов М.К., Сиземская М.Л., Ахмеденов К.М. Этапы освоения и современное использование засушливых земель Северного Прикаспия // Аридные экосистемы. 2015. Т. 21. № 3(64). С. 84–91.
  22. Сапаров А.С., Сулейменов Б.У. Состояние и перспективы исследований в длительных опытах с удобрениями в Казахстане // Плодородие. 2014. № 5(80). С. 9–11.
  23. Сиземская М.Л. Современная природно-антропогенная трансформация почв полупустыни Северного Прикаспия. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2013. 276 с.
  24. Сиземская М.Л., Елекешева М.М., Сапанов М.К. Формирование лесных биогеоценозов на нарушенных землях Северного Прикаспия // Поволжский экологический журн. 2020. № 1. С. 86–98. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2020-1-86-98
  25. Соколова Т.А. Калийное состояние почв, методы его оценки и пути оптимизации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. 48 с.
  26. Хитров Н.Б. Связь почв солонцового комплекса Северного Прикаспия с микрорельефом // Почвоведение. 2005. № 3. С. 271–284.
  27. Bakker E.S. et al. Impact of herbivores on nitrogen cycling: contrasting effects of small and large species // Oecologia. 2004. V. 138. № 1. P. 91–101. https://doi.org/10.1007/s00442-003-1402-5
  28. Berg B., McClaugherty C. Decomposition, humus formation, carbon sequestration. Plant litter. Springer: Berlin Heidelberg, 2008. 264 p.
  29. Betteridge K., Costall D., Balladur S., Upsdell M., Umemura K. Urine distribution and grazing behaviour of female sheep and cattle grazing a steep New Zealand hill pasture // Animal Production Science. 2010. V. 50(6). P. 624–629. https://doi.org/10.1071/AN09201
  30. Brandt L.A., Bohnet C., King J.Y. Photochemically induced carbon dioxide production as a mechanism for carbon loss from plant litter in arid ecosystems // J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2009. V. 114. № G2. P. 1–13. https://doi.org/10.1029/2008JG000772
  31. Greenwood K.L., McKenzie B.M. Grazing effects on soil physical properties and the consequences for pastures: a review // Australian J. Experimental Agriculture. 2001. V. 41. № 8. Р. 1231–1250. https://doi.org/10.1071/EA00102
  32. Khomutova T.E. et al. Influence of grazing on the structure and biological activity of dry steppe soils of the southern Russian Plain // Land Degradation & Development. 2021. V. 32. № 17. Р. 4832–4844. https://doi.org/10.1002/ldr.4032
  33. McSherry M.E., Ritchie M.E. Effects of grazing on grassland soil carbon: a global review // Global change biology. 2013. V. 19. № 5. Р. 1347–1357. https://doi.org/10.1111/gcb.12144
  34. Morton J., Baird B. Spatial distribution of dung patches under sheep grazing // New Zealand J. Agricultural Research. 1990. V. 33. P. 285–294. https://doi.org/10.1080/00288233.1990.10428421
  35. Pulido M.V., Schnabel S., Contador J.F.L., Lozano-Parra J. The impact of heavy grazing on soil quality and pasture production in rangelands of SW Spain // Land Degradation & Development. 2018. V. 29(2). P. 219–230. https://doi.org/10.1002/ldr.2501
  36. Raiesi F., Asadi E. Soil microbial activity and litter turnover in native grazed and ungrazed rangelands in a semiarid ecosystem // Biology and Fertility of Soils. 2006. V. 43. № 1. P. 76–82. https://doi.org/10.1007/s00374-005-0066-1
  37. Sanjari G. et al. Comparing the effects of continuous and time-controlled grazing systems on soil characteristics in Southeast Queensland // Soil Research. 2008. V. 46(4). P. 348–358. https://doi.org/10.1071/SR07220
  38. Steffens M., Koelbl A., Totsche K.U., Kögel-Knabner I. Grazing effects on soil chemical and physical properties in a semiarid steppe of Inner Mongolia (PR China) // Geoderma. 2008. V. 143. № 1–2. P. 63–72. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2007.09.004
  39. Sun Yu., Schleus P.-M., Pausch J., Xu X., Kuzyakov Ya. Nitrogen pools and cycles in Tibetan Kobresia pastures depending on grazing // Biology and Fertility of Soils. 2018. V. 54. P. 569–581. https://doi.org/10.1007/s00374-018-1280-y
  40. Wienhold B.J., Hendrickson J.R., Karn J.F. Pasture Management Influences on Soil Properties // J. Soil and Water Conservation. 2001. V. 56. № 1. P. 27–31.
  41. Xun W., Yan R., Ren Y., Jin D., Xiong W., Zhang G., Cui Z., Xin X. Grazing-induced microbiome alterations drive soil organic carbon turnover and productivity in meadow steppe // Microbiome. 2018. V. 6. № 1. P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0544-y
  42. Yan H., Cao M., Liu J., Tao B. Potential and sustainability for carbon sequestration with improved soil management in agricultural soils of China // Agriculture, ecosystems & environment. 2007. V. 121. № 4. P. 325–335. https://doi.org/10.1016/j.agee.2006.11.008
  43. Zhang M., Li X., Wang H., Huang Q. Comprehensive analysis of grazing intensity impacts soil organic carbon: a case study in typical steppe of Inner Mongolia, China // Applied Soil Ecology. 2018. V. 129. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2018.03.008

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (2MB)
3.

Download (166KB)
4.

Download (114KB)

Copyright (c) 2023 Н.Ю. Кулакова, Г.Г. Суворов

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies